Страница 192 — Глава 3. Электромагнитные явления. § 52. Магнитное…

Железные опилки в магнитном поле намагничиваются и ведут себя как маленькие магнитные стрелки: каждая опилка становится маленьким магнитом с северным и южным полюсами. Поворачиваясь вдоль поля, опилки выстраиваются в цепочки вдоль магнитных линий, и по их расположению можно увидеть форму поля. Поэтому, насыпав опилки на картон или стекло и слегка постучав по нему, получают наглядную картину магнитного поля.

В магнитном поле прямого проводника с током железные опилки располагаются по концентрическим окружностям разного радиуса, центром которых является проводник (на картоне, через который проходит вертикальный проводник). Ближе к проводнику цепочки опилок гуще и чётче, а чем дальше от него, тем они реже: поле ослабевает при удалении от проводника.

Магнитными линиями называют линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок. За направление магнитной линии в каждой точке принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в эту точку. Магнитные линии всегда замкнуты; там, где поле сильнее, их проводят гуще.

Проводник с током пропускают вертикально через лист картона и на картон на одинаковом расстоянии от проводника ставят несколько магнитных стрелок. При включении тока стрелки поворачиваются так, что их оси располагаются по касательным к окружностям с центром на проводнике, причём северные полюса всех стрелок указывают в одну сторону вдоль окружности (например, по часовой стрелке). Затем изменяют направление тока на противоположное — все стрелки поворачиваются на 180°, их северные полюса теперь указывают в другую сторону. Следовательно, направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике.

Если направление поступательного движения буравчика (правого винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока. Например, при токе, направленном вверх, линии поля на ближней к нам стороне провода направлены вправо (если смотреть сбоку), а при взгляде сверху вдоль тока — вращаются по часовой стрелке, если ток направлен от наблюдателя. С помощью этого правила по направлению тока находят направление линий поля, а по направлению линий поля — направление тока.

Для этого на лист картона или стекло, положенный на магнит (или рядом с ним), насыпают тонкий слой железных опилок и слегка постукивают по листу. Опилки намагничиваются и располагаются цепочками вдоль магнитных линий: у полюсов магнита они гуще, а вне магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный. Так получают картину поля полосового и дугообразного магнитов (рис. 127). Можно также обходить магнит маленькой магнитной стрелкой: её ось в каждой точке покажет направление линии. Линии поля магнита замкнуты: вне магнита они идут от N к S, а внутри магнита замыкаются.

Решение. По рисунку ток входит через правый вывод (вверх), идёт вверх по правой стороне, затем по верхней влево, по левой вниз и по нижней вправо, то есть против часовой стрелки. Магнитные линии вокруг каждой стороны — окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной стороне; на чертеже их изображают эллипсами. Направление находим по правилу буравчика. Правая сторона (ток вверх): на ближней к наблюдателю дуге линия направлена вправо, на дальней — влево; справа от провода (снаружи рамки) поле направлено от наблюдателя, слева (внутри рамки) — к наблюдателю. Левая сторона (ток вниз): ближняя дуга направлена влево; справа от провода (внутри рамки) поле направлено к наблюдателю. Верхняя сторона (ток влево): на ближней дуге линия направлена вверх; под проводом (внутри рамки) поле направлено к наблюдателю. Нижняя сторона (ток вправо): ближняя дуга направлена вниз; над проводом (внутри рамки) поле направлено к наблюдателю. Итог: внутри рамки все линии направлены к наблюдателю, снаружи — от наблюдателя. Оговорка: в учебнике нет единой договорённости об изображении «ближней» дуги, поэтому на рисунке стрелки показаны на дуге, обращённой к наблюдателю.

Решение. Применим правило буравчика: при токе, направленном вправо (от A к B), линии магнитного поля — окружности вокруг провода, направленные так, что над проводом (если смотреть сбоку) они идут к наблюдателю, а под проводом — от наблюдателя. (Проверка: буравчик, ввинчиваемый вправо, вращается по часовой стрелке, если смотреть с левого конца, то есть слева направо; с точки зрения наблюдателя, смотрящего сбоку, его ручка внизу идёт от нас.) Стрелка находится под проводом, где поле направлено от наблюдателя. Северный полюс стрелки указывает направление поля, поэтому северный полюс повернётся от наблюдателя, а к наблюдателю повернётся южный полюс. Если стрелку поместить над проводом, поле там направлено к наблюдателю, и к наблюдателю повернётся северный полюс — ответ изменится на противоположный.

Решение. Подключим провод к источнику тока, чтобы по нему шёл ток (если провод подключён к сети — достаточно включить нагрузку). Вокруг провода возникнет магнитное поле, которое можно обнаружить магнитной стрелкой. Будем медленно водить компас над полом на небольшой высоте. Над самим проводом линии магнитного поля горизонтальны и перпендикулярны проводу, поэтому стрелка станет перпендикулярно проводу; по обе стороны от него поле направлено в противоположные стороны, и при переходе через провод стрелка резко меняет направление (на 180°). Те точки, в которых стрелка разворачивается, лежат на линии провода; отметив несколько таких точек, соединим их — получим положение провода. Можно также насыпать на линолеум железные опилки и слегка постучать по полу: они выстроятся в цепочки вдоль магнитных линий вокруг провода (при достаточно сильном токе). Оговорка: при слабом токе стрелка отклоняется мало, поэтому опыт лучше проводить при токе в несколько ампер, а Землю учитывать как фон.