Магнитное поле определение по физике. Магнитное поле: определение, свойства, виды и применение

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

• Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

• Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

• Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей — аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

• Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд ,вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.

Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.

Например, можно получить некоторое геометрическое представление о магнитном поле, если разместить в разных точках пространства очень маленькие стрелки компаса. Опыт показывает, что стрелки выстроятся вдоль определённых линий —так называемых линий магнитного поля . Дадим определение этого понятия в виде следующих трёх пунктов.

1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии.

2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии.

3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства.

Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.

Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1).

Рис. 1. Поле постоянного магнита

Северный полюс магнита обозначается синим цветом и буквой ; южный полюс — красным цветом и буквой . Обратите внимание, что линии поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс: ведь именно к южному полюсу магнита будет направлен северный конец стрелки компаса.

Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.

Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.

Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2 (изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока. Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма. Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи.

Рис. 2. Опыт Эрстеда

Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.

Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3).

Рис. 3. Поле прямого провода с током

Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.

Правило часовой стрелки . Линии поля идут против часовой стрелки, если смотреть так, чтобы ток тёк на нас.

Правило винта (или правило буравчика, или правило штопора — это уж кому что ближе ;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока.

Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).

На рис. 3 появилось и кое-что новое: это вектор , который называется индукцией магнитного поля, или магнитной индукцией. Вектор магнитной индукции является аналогом вектора напряжённости электрического поля: он служит силовой характеристикой магнитного поля, определяя силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды.

О силах в магнитном поле мы поговорим позже, а пока отметим лишь, что величина и направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции . В каждой точке пространства вектор направлен туда же,куда и северный конец стрелки компаса, помещённой в данную точку, а именно по касательной к линии поля в направлении этой линии. Измеряется магнитная индукция в теслах (Тл).

Как и в случае электрического поля, для индукции магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Он заключается в том, что индукции магнитных полей , создаваемых в данной точке различными токами, складываются векторно и дают результирующий вектор магнитной индукции: .

Рассмотрим круговой виток, по которому циркулирует постоянный ток . Источник,создающий ток, мы на рисунке не показываем.

Картина линий поля нашего витка будет иметь приблизительно следующий вид (рис. 4).

Рис. 4. Поле витка с током

Нам будет важно уметь определять, в какое полупространство (относительно плоскости витка) направлено магнитное поле. Снова имеем два альтернативных правила.

Правило часовой стрелки. Линии поля идут туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки.

Правило винта. Линии поля идут туда, куда будет перемещаться винт (с обычной правой резьбой), если вращать его в направлении тока.

Как видите, ток и поле меняются ролями — по сравнению с формулировками этих правил для случая прямого тока.

Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис. 5 — изображение с сайта en.wikipedia.org). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков. Катушка называется ещё соленоидом.

Рис. 5. Катушка (соленоид)

Магнитное поле одного витка, как мы знаем, выглядит не очень-то просто. Поля? отдельных витков катушки накладываются друг на друга, и, казалось бы, в результате должна получиться совсем уж запутанная картина. Однако это не так: поле длинной катушки имеет неожиданно простую структуру (рис. 6).

Рис. 6. поле катушки с током

На этом рисунке ток в катушке идёт против часовой стрелки, если смотреть слева (так будет, если на рис. 5 правый конец катушки подключить к «плюсу» источника тока, а левый конец — к «минусу»). Мы видим, что магнитное поле катушки обладает двумя характерными свойствами.

1. Внутри катушки вдали от её краёв магнитное поле является однородным : в каждой точке вектор магнитной индукции одинаков по величине и направлению. Линии поля — параллельные прямые; они искривляются лишь вблизи краёв катушки, когда выходят наружу.

2. Вне катушки поле близко к нулю. Чем больше витков в катушке — тем слабее поле снаружи неё.

Заметим, что бесконечно длинная катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным.

Ничего не напоминает? Катушка является «магнитным» аналогом конденсатора. Вы же помните, что конденсатор создаёт внутри себя однородное электрическое поле, линии которого искривляются лишь вблизи краёв пластин, а вне конденсатора поле близко к нулю; конденсатор с бесконечными обкладками вообще не выпускает поле наружу, а всюду внутри него поле однородно.

А теперь — главное наблюдение. Сопоставьте, пожалуйста, картину линий магнитного поля вне катушки (рис. 6) с линиями поля магнита на рис. 1. Одно и то же, не правда ли? И вот мы подходим к вопросу, который, вероятно, у вас уже давно возник: если магнитное поле порождается токами и действует на токи, то какова причина возникновения магнитного поля вблизи постоянного магнита? Ведь этот магнит вроде бы не является проводником с током!

к оглавлению ▴

Гипотеза Ампера.

Элементарные токи

Поначалу думали, что взаимодействие магнитов объясняется особыми магнитными зарядами, сосредоточенными на полюсах. Но, в отличие от электричества, никто не мог изолировать магнитный заряд; ведь, как мы уже говорили, не удавалось получить по отдельности северный и южный полюс магнита — полюса всегда присутствуют в магните парами.

Сомнения насчёт магнитных зарядов усугубил опыт Эрстеда, когда выяснилось, что магнитное поле порождается электрическим током. Более того, оказалось, что для всякого магнита можно подобрать проводник с током соответствующей конфигурации, такой, что поле этого проводника совпадает с полем магнита.

Ампер выдвинул смелую гипотезу. Нет никаких магнитных зарядов. Действие магнита объясняется замкнутыми электрическими токами внутри него.

Что это за токи? Эти элементарные токи циркулируют внутри атомов и молекул; они связаны с движением электронов по атомным орбитам. Магнитное поле любого тела складывается из магнитных полей этих элементарных токов.

Элементарные токи могут быть беспорядочным образом расположены друг относительно друга. Тогда их поля взаимно погашаются, и тело не проявляет магнитных свойств.

Но если элементарные токи расположены согласованно,то их поля,складываясь,усиливают друг друга. Тело становится магнитом (рис. 7; магнитое поле будет направлено на нас; также на нас будет направлен и северный полюс магнита).

Рис. 7. Элементарные токи магнита

Гипотеза Ампера об элементарных токах прояснила свойства магнитов.Нагревание и тряска магнита разрушают порядок расположения его элементарных токов, и магнитные свойства ослабевают. Неразделимость полюсов магнита стала очевидной: в месте разреза магнита мы получаем те же элементарные токи на торцах. Способность тела намагничиваться в магнитном поле объясняется согласованным выстраиванием элементарных токов, «поворачивающихся» должным образом (о повороте кругового тока в магнитном поле читайте в следующем листке).

Гипотеза Ампера оказалась справедливой — это показало дальнейшее развитие физики. Представления об элементарных токах стали неотъемлемой частью теории атома, разработанной уже в ХХ веке — почти через сто лет после гениальной догадки Ампера.

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими статьями. Информация на странице «Магнитное поле. Линии» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена: 07.04.2023

Магнитное поле Определение и значение

• Основные определения
• Тест
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный
• Культурный

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

Сохрани это слово!

См. синонимы к слову магнитное поле на Thesaurus.com

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

сущ.

область пространства вблизи магнита, электрического тока или движущейся заряженной частицы, в которой магнитная сила действует на любой другой магнит, электрический ток или движущуюся заряженную частицу.

напряженность магнитного поля.

ТЕСТ

МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОТВЕЧАТЬ НА ЭТИ ОБЫЧНЫЕ ГРАММАТИЧЕСКИЕ СПОРЫ?

Есть грамматические дебаты, которые никогда не умирают; и те, которые выделены в вопросах этой викторины, наверняка снова всех разозлят. Знаете ли вы, как отвечать на вопросы, которые вызывают самые ожесточенные споры по грамматике?

Вопрос 1 из 7

Какое предложение верно?

Происхождение магнитного поля

Впервые зафиксировано в 1835–1845 гг.

Слова рядом магнитное поле

магнитный диск, магнитный домен, магнитный барабан, магнитная эпоха, магнитный экватор, магнитное поле, магнитное поле Земли, инверсии магнитного поля, напряженность магнитного поля, магнитный поток, плотность магнитного потока

Dictionary. com Полный На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023

Слова, связанные с магнитным полем

электромагнитное поле

Как использовать магнитное поле в предложении

• Поскольку гамма-лучи не отклоняются магнитными полями, они указывают обратно на свои источники, указывая местонахождение блуждающих космических лучей.

  Новооткрытое высокоэнергетическое свечение Млечного Пути намекает на секреты космических лучей|Эмили Коновер|2 февраля 2021 г.|Новости науки — как ориентированы их железосодержащие минералы относительно поля Земли.

  Как родилась сотрясающая Землю теория тектоники плит|Кэролин Грэмлинг|13 января 2021|Новости науки

• У космологов нет конца идеям, но один упускаемый из виду вариант — возможное существование магнитных полей при рождении Вселенная.

  Год в физике|Майкл Мойер|23 декабря 2020 г.|Журнал Quanta

• Когда он создал искусственное магнитное поле вокруг резервуаров, черепахи продолжали двигаться, как им казалось, в северо-восточном направлении.

  Как морские черепахи находят свой путь — Выпуск 94: Эволюция|Джейсон Г. Голдман|16 декабря 2020|Наутилус на изображении горячие и холодные газовые пауки выходят из более темного центра, говорится в пресс-релизе NSO.

  Изображения, подобные этому, могут помочь раскрыть внутреннюю работу Солнца|Мария Паула Рубиано А.|11 декабря 2020 г.|Popular-Science

• Это показывает работу магнитного поля, защищающую нас от этих высокоэнергетических частиц.

  Об этой «кончающей мир» солнечной буре…|Николь Гульуччи|28 июля 2014|DAILY BEAST

• Хотя каждая нейтронная звезда обладает интенсивным магнитным полем, те, которые известны как магнетары, являются исключительными.

  Самый странный объект во Вселенной|Мэттью Р. Фрэнсис|18 мая 2014 г.|DAILY BEAST

• Импульсы исходят от луча света, создаваемого сильным магнитным полем, которое распространяется по Земле по мере вращения нейтронной звезды.

  Самый странный объект во Вселенной|Мэтью Р. Фрэнсис|18 мая 2014 г.|DAILY BEAST

• Во время этого прохода сильное магнитное поле искривляло свет.

  Самый странный объект во Вселенной|Мэттью Р. Фрэнсис|18 мая 2014|DAILY BEAST

• Воздействие магнитного поля обычно связано с микроволновыми печами, линиями электропередач, пылесосами и фенами.

  Должны ли беременные женщины отказаться от СИОЗС, микроволновых печей и мобильных телефонов?|Аннели Руфус|19 ноября, 2011|DAILY BEAST

• Значение этого магнитного поля можно увеличить, не увеличивая ток в проводнике, добавив больше витков в катушку.

  Мальчик-механик, Книга 2|Разное

• Ток, создаваемый индуцированным электрическим давлением, помогает току в обмотке катушки А создавать магнитное поле.

  Мальчик-механик, Книга 2|Разное

• Силу магнитного поля, создаваемого током в проводнике, можно значительно увеличить, сформировав из проводника катушку.

  Мальчик-механик, Книга 2|Разное

• Магнитное поле можно создать с помощью катушки с проволокой, намотав ее на магнитную цепь, показанную на рис.  8.

  Мальчик-механик, Книга 2|Разное

• Этот простой эксперимент доказал Эрстеду, что существует магнитное поле, создаваемое током в проводнике.

  Мальчик-механик, книга 2|Разное

Определения магнитного поля из Британского словаря

магнитное поле

сущ.

силовое поле, окружающее постоянный магнит или движущуюся заряженную частицу, в котором действует сила другого постоянного магнита или движущегося заряда. © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Издательства 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Научные определения магнитного поля

магнитное поле

Силовое поле, связанное с изменением электрических полей, например, когда электрические заряды находятся в движении. Магнитные поля воздействуют на движущиеся электрические заряды отклоняющими силами. Большинство магнитов имеют магнитные поля в результате вращательного движения электронов, вращающихся вокруг атомов, из которых они состоят; электромагниты создают такие поля из электрического тока, проходящего через катушки. Крупные объекты, такие как Земля, другие планеты и звезды, также создают магнитные поля. См. Примечание по магнетизму.

См. напряженность магнитного поля.

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Культурные определения магнитного поля

магнитное поле

Говорят, что магнитное поле существует в области, если на магнит можно воздействовать силой. Если стрелка компаса отклоняется, когда ее помещают в определенное место, мы говорим, что в этой точке существует магнитное поле, и сила поля измеряется силой силы стрелки компаса. Земля, Солнце и галактика Млечный Путь имеют магнитные поля. Все известные магнитные поля вызваны движением электрических зарядов. Электроны на орбитах в атомах создают магнитные поля, так что каждый атом, как и Земля, окружен магнитным полем. (См. магнит и магнетизм.)

Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г. , издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Магнитное поле — Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1: Линии магнитного поля стержневого магнита, визуализированные с помощью железных опилок. ^[1]

Магнитные поля создаются путем изменения электрических полей, обычно движущихся зарядов, таких как электроны, часто в форме макроскопического электрического тока (например, тока в проводе) или микроскопического тока ( например, на атомной орбите). ^[2] В одном из самых красивых примеров симметрии в физике изменение магнитных полей создает электрические поля. Эти электрические поля, возникающие в результате изменения магнитных полей, — это то, как электрические генераторы могут создавать электрический ток.

Магнитное поле является векторным полем, то есть оно имеет определенную величину и направление в любой точке. Единицей магнитного поля в системе СИ является Тесла (Тл) в честь физика Николы Теслы с единицами Н/А·м. Тесла — огромная единица с довольно большим магнитным полем в 1 Тл. Меньшая единица — Гаусс (названный в честь великого физика и математика Карла Фридриха Эммануэля Гаусса) — это одна десятитысячная часть Тесла. Магнитное поле Земли составляет примерно 1 Гаусс (но оно варьируется в зависимости от того, где проводятся измерения), поэтому 1 Тл — это магнитное поле в десять тысяч раз сильнее, чем у Земли!

Магниты представляют собой материалы, намагниченность которых обусловлена ​​микроскопическими свойствами атомов, а создаваемое ими магнитное поле характеризуется их северным и южным полюсами. Направление этих магнитных полей всегда указывает от северного полюса к южному полюсу. Это соглашение можно использовать для определения силы, которую магнит приложит к заряду, и того, как один магнит будет взаимодействовать с другими магнитами.

Магнитные поля отличаются от электрических и гравитационных полей тем, что сила, которую они прикладывают к объекту, не параллельна полю. Магнитное поле на самом деле действует перпендикулярно движущемуся заряду в его присутствии. Чтобы узнать больше о том, как эта сила применяется к движущемуся заряду, посетите гиперфизику.

Магнитное поле Земли

Земля имеет собственное магнитное поле, которое изначально считалось следствием состава железа в ядре, но теперь предполагается, что оно создается циркулирующими электрическими токами в жидком ядре. ^[5] Магнитное поле Земли защищает жизнь от вредных солнечных ветров Солнца, заряженные частицы которых в противном случае сорвали бы озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения (показан на рис. 4). ^[6] Взаимодействие магнитного поля Земли и солнечного ветра вызывает известные явления полярных сияний, показанные на рисунке 5.

Соглашение об именах полюсов Земли

Хотя логично предположить, что Северный и Южный полюсы Земли представляют собой Северный и Южный полюсы очень большого стержневого магнита, это не так. Северный полюс — это направление, на которое указывает северный конец компаса. То, что люди на Земле обычно называют Северным полюсом в географическом смысле, на самом деле является магнитным южным полюсом, и наоборот. Это означает, что если стрелка компаса указывает на географический северный полюс Земли, стрелка компаса совмещена с южным магнитным полюсом. ^{[9] [10]}

Для дополнительной информации

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

• Магнит
• Магнитный поток
• Электрическое поле
• Электрогенератор
• Или исследуйте случайную страницу!

Ссылки

2. ↑ Гиперфизика, Магнитное поле [Онлайн], Доступно: http://hyperphysics.