Конспект урока: Магнитное поле. Линии магнитной индукции. Действие магнитного поля на проводники с токами. Сила Ампера и сила Лоренца

Линии магнитной индукции

Для графического изображения магнитного поля используются линии магнитной индукции (магнитные линии).

Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в рассматриваемой точке поля, совпадает с направлением магнитной линии в данной точке поля (рис. 1). Можно дать и другое определение для направления магнитной силовой линии: направление от южного к северному полюсу установившейся магнитной стрелки принимают за положительное направление магнитной силовой линии.

Рис. 1. Направление магнитных линий

Магнитные линии не пересекаются, не имеют начала и конца — они всегда замкнуты. В связи с чем магнитное поле является вихревым.
 

Чем гуще магнитные линии, тем сильнее проявляется действие магнитного поля в данной области пространства. На рисунке 2 изображено магнитное поле полосового магнита.

Очевидно, что наиболее густо линии магнитной индукции расположены возле полюсов — здесь магнитные силы наиболее велики.

Рис. 2. Магнитное поле полосового магнита

 

Из рисунка 2 видно, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Магнитные стрелочки, помещённые в поле постоянного магнита, будут выстраиваться вдоль линий магнитной индукции, при этом северный полюс каждой стрелочки будет указывать на южный полюс магнита.

Чёрными линиями показаны магнитные линии, их направление совпадает с северным направлением магнитных стрелок.

Рис. 3. Картина магнитных линий вокруг полосового магнита, полученная с помощью железных опилок

Увидеть картину магнитных линий вокруг намагниченного тела можно с помощью железных опилок. Для этого достаточно накрыть магнит листком бумаги и рассыпать на него мелкие металлические опилки. Оказавшись в магнитном поле, опилки под действием магнитных сил расположатся вдоль линий магнитной индукции.

Рис. 4. Картина магнитных линий вокруг прямолинейного проводника, полученная с помощью железных опилок

На рисунке 3 представлена картина магнитных линий вокруг полосового магнита, полученная с помощью железных опилок.

 

Проткнём лист бумаги прямолинейным проводником, рассыплем на бумаге металлические опилки и пустим по нему электрический ток. В этом случае опилки выстроятся в виде окружностей, опоясывающих проводник (рис. 4).

Магнитное поле постоянных магнитов и проводников с током

Рис. 5. Правило правой руки

Для определения направления магнитных линий вокруг проводника с током применяется правило правой руки: проводник с током необходимо обхватить правой рукой так, чтобы направление большого пальца совпадало с направлением силы тока в проводнике, тогда остальные пальцы покажут направление линий магнитной индукции (рис. 5).

Рис. 6. Правило буравчика

Существует другая формулировка данного правила — правило буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика покажет направление линий магнитной индукции (рис. 6).

 

Если проводник имеет форму витка, магнитные линии опоясывают каждый его участок (рис. 7).

Во всех рассмотренных случаях магнитное поле вокруг проводников с током являлось неоднородным: густота магнитных линий различна в разных точках пространства, линии не параллельны друг другу.

Рис. 7. Магнитное поле витка с током

 

Рассмотрим магнитное поле проводника, состоящего из большого числа витков: такой проводник называется катушкой (соленоидом). Его магнитное поле аналогично полю полосового магнита (рис. 8).

Катушка, по которой течёт ток, проявляет свойства постоянного магнита: на её концах образуются магнитные полюса, такие же как у постоянного магнита. На том конце, где магнитные линии входят в катушку, образуется южный полюс; где магнитные линии выходят из катушки — северный.

Рис. 8. Магнитное поле полосового магнита и катушки

Вокруг такого проводника поле по-прежнему неоднородно: магнитные линии не параллельны, их густота увеличивается по мере приближения к полюсам катушки.

Однако при большом количестве витков длина катушки во много раз превышает её диаметр, в этом случае магнитные линии внутри катушки практически параллельны друг другу и имеют одинаковую густоту — внутри такой катушки магнитное поле однородно.

Если магнитное поле образуется вокруг движущихся заряженных частиц и проводников с током, то как объяснить магнитное поле естественных магнитов?
 

В 1820 г. Ампер выдвинул гипотезу, что каждая молекула постоянного магнита может рассматриваться как некий круговой микроток. В ненамагниченном состоянии микротоки циркулируют в беспорядочных плоскостях и их действие компенсируется (рис. 9, а). В намагниченном состоянии элементарные токи расположены так, что их действия складываются — вещество проявляет магнитные свойства.

Рис. 9. Круговые токи в веществе

После открытия электронов были предприняты попытки объяснить магнитные свойства веществ движением электронов по орбиталям, однако некоторые магнитные свойства оказались не связаны с движением электронов. В настоящее время дать исчерпывающее объяснение магнитным свойствам различных веществ пока не удалось.

Итоги

• Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещённые в магнитное поле.
• Линии магнитной индукции всегда замкнуты.
• Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в данную точку поля, совпадает с направлением магнитной линии в данной точке поля.
• Магнитные линии постоянного магнита всегда выходят из северного полюса и входят в южный.
• Магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником, имеют форму окружностей, центры которых лежат на оси проводника.
• Для определения направления магнитных линий вокруг проводника с током применяется правило правой руки : проводник с током необходимо обхватить правой рукой так, чтобы направление большого пальца совпадало с направлением силы тока в проводнике, тогда остальные пальцы покажут направление линий магнитной индукции.