Схемы направления магнитных линий

Устройство магнитного поля представляют с помощью силовых линий. Также их называют интегральными кривыми. Они показывают, как расположились бы свободные стрелки компаса в поле. В зависимости от формы магнита, схема направления магнитных линий будет различаться. Самые известные примеры — картина поля постоянных магнитов, соленоидов, проводников с током.

Оглавление:

• Магнитная индукция
• Свойства силовых линий
• Как увидеть строение поля
• Различные схемы направления

Магнитная индукция

Эта величина — главная характеристика магнитного поля. Она определяет его силу в конкретной точке пространства и показывает, как магнит воздействует на электрический заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Понятие индукции необходимо не только при описании магнитов и их полей, но и во всей теории электромагнетизма.

Почему вокруг проводника с током возникают силовые линии? Взаимосвязь магнетизма и электричества была изучена Майклом Фарадеем. Именно он установил, что переменное электрическое поле создает постоянное магнитное, а переменное у магнита — постоянное электрическое.

Магнитная индукция — векторная величина. Направление этого вектора совпадает со свободной стрелкой компаса или с перпендикуляром к витку с током. Определить, куда направлен ток или силовые линии, можно с помощью правила буравчика или правой руки.

Линии магнитной индукции построены таким образом, что в каждой их точке индукция направлена по касательной к кривой. Модуль вектора тем больше, чем сильнее поле.

Свойства силовых линий

Особенности этих кривых связаны со свойствами самого поля. Для линий магнитной индукции характерно:

1. Они замкнуты или начинаются и заканчиваются в бесконечности (например, для бесконечного соленоида)
2. Нигде не прерываются.
3. Имеют определенное направление, зависящее от того, куда идет ток.
4. Чем сильнее поле, тем более густо расположены его линии.

Свойства замкнутости и непрерывности кривых связано с тем, что магнитных зарядов, подобных электрическим, не существует. Любой, даже самый маленький магнит имеет 2 полюса. Если его разрезать, каждая часть получит свои собственные полюса: северный и южный. Интегральные кривые поля вокруг постоянного магнита выходят из одного полюса и заходят в другой.

Это важное отличие магнитного поля от электрического. Интегральные кривые электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, поэтому они разомкнуты. Электрические заряды можно разделить.

Как увидеть строение поля

Впервые увидеть картину поля удалось в 1269 году, когда Петр Перегрин насыпал на постоянный сферический магнит небольшие железные иголки. Они выстроились в определенном порядке, расположившись по кривым, выходящим из одной точки и входящим в другую. Эти линии и называются теперь магнитными.

На сферическом магните точки, в которых сходились кривые, выглядели как полюса на глобусе и по аналогии с ними были названы. Позже было установлено, что Земля сама является огромным магнитом.

Эрстед с помощью своего знаменитого опыта установил влияние электричества на магнитную стрелку. Если поместить ее рядом с проводником, при пропускании тока по проводу указатель поворачивается перпендикулярно ему. Он повернется на 180 градусов, если пустить электроток в обратную сторону.

Увидеть строение поля можно с помощью железных опилок. Если их насыпать на неметаллическую пластину и поместить над магнитом, опилки выстроятся как раз по силовым кривым поля.

Различные схемы направления

У постоянного полосового магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, огибая магнит. Так же выглядит поле катушки (соленоида) с током, но в этом случае направление кривых зависит от направления тока. Они выходят из того полюса, где ток входит в катушку. При этом внутри катушки поле однородно, линии параллельны друг другу. Если представить бесконечный соленоид, все его поле будет находиться внутри катушки и будет однородным.

У дугообразного (подковообразного) магнита линии соединяют северный и южный полюса. Внутри дуги они прямые, а за ее пределами огибают магнит.

Поле прямого проводника с током имеет вид окружностей, перпендикулярных проводнику и имеющих центр в нем самом. Если пустить ток в противоположную сторону, кривые тоже станут направлены противоположно.

Направление окружностей определяется по правилу часовой стрелки или буравчика:

1. Если ток по проводнику течет в сторону наблюдателя, линии направлены по часовой стрелке.
2. Их направление совпадает с вращения винта (буравчика), который движется вдоль тока (закручивается, если от наблюдателя, и выкручивается, если к человеку).

Для витка с током справедливы подобные правила, но с некоторыми изменениями:

1. Правило часов: силовые линии направлены к наблюдателю, если он видит, что ток течет по часовой стрелке.
2. Правило буравчика: направление кривых совпадает с движением винта, который крутят так же, как идет ток.

Чем меньше расстояние до проводника, тем гуще расположены окружности. По мере удаления они постепенно разрежаются. Это показывает, что магнитное поле ослабевает при удалении от проводника.