Магнитное поле тока. Постоянные магниты

Магнитное поле тока

Магнитное поле тока. Постоянные магниты
Вокруг неподвижных электрических зарядов существует электрическое поле, а вокруг подвижных зарядов (одиночных, или огромного их количества в проводниках с током) существует магнитное поле. Наличие магнитного поля вокруг проводника с током оказывается магнитной стрелкой (стрелкой компаса), которая изменяет свою ориентацию вблизи проводника с током (а). Эта ориентация зависит от направления тока. Наличие магнитного поля можно обнаружить также с помощью железных ошурок на листе картона, который пересекается проводником с током.

Магнитное поле

Магнитное поле оказывается не только вокруг проводников с током, но и вокруг естественных магнитов, например кусков железной руды. Кусок железа, контактируя с естественным магнитом, тоже приобретает магнитные свойства.
Тела из железа или некоторых соединений на его основе (в естественном состоянии, как куски руды, или в результате специальной обработки), которые обнаруживают в течение длительного времени магнитные свойства, называются постоянными магнитами. Кроме железа и некоторых сталей, способность сильно намагничиваться имеют также никель и кобальт.
Намагниченность постоянных магнитов тоже связана с токами (микротоками в атомах; такие токи являют собой движение электронов в атомах вокруг их ядер).

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли

Сызвека люди знали, что Земля ориентирует в определенном направлении стержни-стрелки, изготовленные из магнитной руды. Самые первые своеобразные компасы для географического ориентирования изготовлялись в Китае примерно за 1100 лет до нашей эры и устанавливались на колесницах.

Земля являет собой громадный магнит. Участок в Северном полушарии Земли, к которому обращен один из концов магнитной стрелки, назвали Южным магнитным полюсом Земли S, противоположный участок - Северным магнитным полюсом N.

Конец стрелки, свернувший к S (приблизительно на север Земли), называется северным концом стрелки N, противоположный - южным концом стрелки S. Магнитные полюса сдвинуты относительно географических полюсов и со временем незначительно смещаются.

Основной причиной земного магнетизма являются так называемые конвекционные токи в расплавленном земном ядре. На это магнитное поле накладываются магнитные поля, которые создаются космическими лучами, а особенно излучением Солнца ("солнечным ветром").

Действие магнитного поля на проводник с током

Действия электромагнитного поля

Если между полюсами магниту подвесить проводник с током, то проводник выталкивается из магнитного поля или втягивается у него, в зависимости от направления тока. Рух проводника является следствием взаимодействия магнитного поля постоянного магниту с магнитным полем тока. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

По направлении силы Ампера удобно определять правилу "левой руки": кисть левой руки располагают параллельно торцам магнитов N и S так, чтобы ладонь свернула к магниту N. Четыре пальца ориентируют в направлении тока в участке AB, тогда отставленный большой палец покажет искомое направление.

Значительный практический интерес имеет действие магнитного поля на проволочную рамку с током (именно этот эффект используется в измерительных приборах магнито - электрических системы и в электродвигателях). В случае рамки с током, вертикально подвешенной между полюсами магниту, силы Ампера образуют пару сил, которая вращает рамку. Самое стойкое положение рамки, когда ее плоскость параллельна торцам магниту, а самое чаще - когда эта плоскость перпендикулярна к торцам.