6. Магнитное поле в вакууме
Еще в глубокой древности было известно, что некоторые минералы, например магнитный железняк (химический состав 31 % — Fe, 69 % — O), способны притягиваться друг к другу, а также притягивать к себе кусочки железа. Такие тела называются магнитами. Наибольшей силой притяжения обладают противоположные концы магнита, которые называются магнитными полюсами (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Постоянные магниты различной формы
Ранее мы рассмотрели виток с током и связали с ним, характеризующий его свойства, вектор магнитного момента 
, где 
— нормаль к плоскости витка, направление которой задается правилом буравчика (рис. 6.2). Момент сил
Рис. 6.2. Виток с током во внешнем магнитном поле
стремится повернуть виток. Чтобы увеличить угол 
между магнитным моментом витка и направлением магнитной индукции поля, надо совершить работу
которая увеличивает потенциальную энергию витка dP = –dA. Отсюда
|
|
(6.1) |
Энергия достигает своего минимума, когда магнитный момент витка становится параллельным вектору магнитной индукции поля (
); антипараллельное положение (
) соответствует неустойчивому положению равновесия. Все это означает, что виток с током ведет себя подобно магнитной стрелке (магнитному диполю). К тому же виток с током невозможно разделить на два независимых полюса — северный и южный. Мы пришли к гипотезе Ампера: все магнитные явления в конечном счете порождаются элементарными токами, текущими в структурных единицах вещества.
Иллюстрациями аналогичного поведения магнитной стрелки (магнита) и тока в проводе служат следующие опыты:
- поворот магнитной стрелки в магнитном поле тока в проводе (рис. 6.3);
- выстраивание магнитной стрелки по силовым линиям магнитного поля (рис. 6.4);
- силовое действие магнитного поля магнита на провод с током (рис. 6.5);
Рис. 6.3. Вращение магнитной стрелки
Рис. 6.4. Магнитные стрелки ориентируются по касательным к
силовым линиям магнитного поля постоянного магнита и соленоида
Рис. 6.5. Воздействие на провод с током
Дополнительная информация
http://www.geologiazemli.ru/articles/132 — геология земли. Магнитный железняк;
http://museu.fis.uc.pt/140ing.htm — магнитная стрелка. Магнитная стрелка в опытах Эрстеда;
http://www.valtar.ru/magnets.htm — магниты. Полосовой магнит.
