Глава 3. Электромагнитные явления. § 50. Постоянные магниты — с. 185
§ 50. Вопрос 1. Какие тела называют постоянными магнитами?
Постоянными магнитами называют тела, способные длительное время сохранять свойство притягивать железо или его сплавы. К ним относятся природные магниты (например, магнитный железняк) и искусственные — изделия из некоторых сортов стали, которые были намагничены. Такие магниты не нуждаются в источнике тока: свойства сохраняются у них сами по себе, поэтому их используют в компасах, дверцах шкафов и холодильников, различных механизмах.
§ 50. Вопрос 2. Что называют магнитными полюсами магнита?
Магнитными полюсами называют те места магнита, вблизи которых обнаруживается наиболее сильное магнитное действие. Полюса находятся у концов полосового магнита: на них больше всего прилипает железных опилок, а в середине магнита опилок почти нет. Полюса бывают двух видов: северный (обозначается N, окрашивается в синий цвет) и южный (обозначается S, окрашивается в красный цвет). Названия связаны с тем, что свободно подвешенный магнит одним полюсом указывает на север, а другим — на юг.
§ 50. Вопрос 3. Как взаимодействуют между собой постоянные магниты?
Постоянные магниты взаимодействуют полюсами: одноимённые полюса (N и N или S и S) отталкиваются, а разноимённые (N и S) притягиваются. Это можно проверить, поднося друг к другу два полосовых магнита или магнитные стрелки. Чем меньше расстояние между полюсами, тем больше сила взаимодействия, а с увеличением расстояния она уменьшается. Магнитные стрелки компасов, поворачиваясь, устанавливаются разноимёнными полюсами друг к другу.
§ 50. Вопрос 4. Можно ли изготовить магнит, имеющий только один полюс?
Нет, нельзя. Электрические заряды разных знаков можно разделить (например, при электризации), а северный полюс магнита от южного отделить невозможно. Если полосовой магнит разрезать посередине (и даже на много частей), то каждая часть окажется магнитом с двумя полюсами — северным и южным. В этом можно убедиться с помощью магнитной стрелки, поднося её к концам каждой части.
§ 50. Дополнительный вопрос 1. Притяжение магнитов напоминает притяжение наэлектризованных тел. Приведите аргументы в пользу того, что взаимодействие магнитов не является электрическим.
Аргументы таковы.
1. Наэлектризованные тела притягивают лёгкие предметы из любого вещества (бумажки, кусочки фольги, волосы), а магнит притягивает только железо, никель, кобальт и некоторые сплавы; алюминиевая фольга, бумага, пластмасса, медь к магниту не притягиваются.
2. Электрические заряды разных знаков можно отделить друг от друга, а магнитные полюса — нельзя: у любого магнита всегда два полюса.
3. Электризованное тело можно разрядить, коснувшись его рукой или заземлив, а магнит остаётся магнитом, и прикосновение руки на его свойства не влияет.
4. Незаряженный магнит со стороны стрелки компаса действует так, что она устанавливается вдоль направления север — юг, чего электрические заряды не делают. Значит, магнитное взаимодействие имеет другую природу.
§ 50. Дополнительный вопрос 2. Магнитный конструктор содержит детали треугольной формы. Экспериментируя с конструктором, ученики установили, что детали притягиваются, какими бы сторонами их друг к другу ни подносили. Как это можно объяснить?
В таких конструкторах магниты внутри деталей не закреплены жёстко: это небольшие магнитные стержни или шарики, расположенные вдоль граней и свободно поворачивающиеся в своих гнёздах. Когда две детали сближают, магнит в каждой из них поворачивается так, чтобы к соседнему магниту оказался обращён разноимённый полюс (как стрелки компаса, рис. 119). Разноимённые полюса притягиваются, поэтому детали сцепляются любыми сторонами. Кроме того, магнит притягивает стальные части другой детали и намагничивает их, что тоже приводит к притяжению. Оговорка: устройство конструктора в учебнике не описано, ответ — наиболее вероятное объяснение.
Упражнение 42. Задача 1. Почему металлические опилки, притянувшиеся к одному полюсу магнита, расходятся своими концами?
Железные опилки в магнитном поле намагничиваются и ведут себя как маленькие магниты. Каждая опилка, притянувшаяся к полюсу, на конце, обращённом к магниту, приобретает разноимённый с ним полюс, а на другом, свободном конце — одноимённый с полюсом магнита. Например, у северного полюса магнита свободные концы всех опилок становятся северными. Одноимённые полюса отталкиваются, поэтому свободные концы опилок расходятся, и опилки образуют «ёжик» из расходящихся нитей.
Задание 24. Прикрепите магнитную стрелку к пробке и опустите в воду. Как будет вести себя стрелка?
Поднесите к стрелке постоянный магнит. Что изменится в поведении стрелки?
Ход выполнения.
1. Закрепляем магнитную стрелку (например, намагниченную швейную иглу) на кусочке пробки и кладём пробку на поверхность воды в широкой ёмкости, вдали от металлических предметов.
2. Наблюдаем: пробка с иглой медленно поворачивается и после нескольких колебаний останавливается, при этом один конец иглы (северный полюс) указывает на север, другой — на юг, как стрелка компаса. Пробка при этом остаётся почти на месте, так как Земля как магнит только поворачивает стрелку.
3. Подносим к стрелке полосовой магнит северным полюсом: северный конец иглы отталкивается, а южный притягивается, и пробка поворачивается, а затем может медленно плыть к магниту. Если поднести южный полюс, поведение будет противоположным. При удалении магнита стрелка снова устанавливается в направлении север — юг. Вывод: магнитная стрелка — маленький магнит, она взаимодействует и с Землёй, и с другими магнитами; одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются, а магнит рядом сильнее действует, чем магнитное поле Земли. Оговорка: результат зависит от силы магнита и расстояния.