Črta, narisana v magnetnem polju tako, da na kateri koli točki tangenta sovpada z vektorjem indukcije (in sl. 119, a) magnetnega polja na tej točki, se imenuje indukcijska linija magnetnega polja. Da bi dobili sliko indukcijskih linij, morate v magnetno polje postaviti veliko število magnetnih igel. Položaj puščic bo pokazal obliko indukcijskih črt. Kot takšne puščice se vzamejo železni opilki, ki so magnetizirani v magnetnem polju in se medsebojno povezujejo s svojimi konci in tvorijo verige, ki predstavljajo indukcijske črte. Za smer indukcijske črte se šteje smer, ki kaže severni pol magnetne igle na danem mestu v polju. Zato ima vektor indukcije v dani točki polja smer, ki sovpada s smerjo indukcijske črte, ki poteka skozi to točko.
Indukcijske črte ravnega prevodnika s tokom so koncentrični krogi, ki se nahajajo v ravninah, pravokotnih na smer toka, središča vseh teh krogov pa so na osi prevodnika (glej sliko 118, b). Njihova smer je določena s pravilom gimleta. Enosmerno magnetno polje nima magnetnih polov. Indukcijske črte magnetnega polja tuljave s tokom v njej so vzporedne (glej sliko 119, b), zunaj tuljave pa niso vzporedne. Tuljava, po kateri teče tok, ima dva magnetna pola. Njegova polarnost in s tem smer indukcijskih linij znotraj tuljave je določena s pravilom, da ga primete z desno roko (slika 119, c): če držite tuljavo z desno roko, tako da štirje prsti kažejo smer toka, bo palec, ki se nahaja vzdolž tuljave, kazal na konec tuljave, ki je severni magnetni pol, in bo tudi pokazal smer indukcijskih linij znotraj tuljave. Magnetni polji tuljave s tokom in trajnega magneta sta enaki. Severni in južni pol obstajata le v parih - enega pola je nemogoče dobiti.
Tako kot v primeru elektrostatičnega polja lahko skozi vsako točko v prostoru narišemo samo eno indukcijsko črto. Zato se te črte nikjer ne sekajo. Za razliko od linij elektrostatične poljske jakosti (glej sliko 50) so indukcijske črte magnetnega polja zaprte črte tako magnetnega polja toka kot trajnega magneta (slika 119, d). Zaprtost indukcijskih linij kaže, da je magnetno polje vrtinčno. Vedno pokrivajo tok ali gibljivi naboj, s katerim je povezano magnetno polje. Nekatere indukcijske črte se zaprejo v neposredni bližini toka, druge - daleč od njega, nato pa se nam zdi, da gredo v neskončnost na obeh koncih (glej sliko 119, b, d).
Dogovorjeno je bilo, da narišemo indukcijske črte tako, da je število črt, ki potekajo skozi enoto površine pravokotno na vektor indukcije v dani točki, enako vrednosti indukcije polja na tem mestu. Magnetni spektri dajejo predstavo o porazdelitvi magnetne indukcije v velikosti in smeri.
Na podlagi indukcijske formule bomo določili mersko enoto za indukcijo magnetnega polja v mednarodnem sistemu enot:
Enota indukcije magnetnega polja Tesla je indukcija takšnega enakomernega magnetnega polja, pri katerem sila 1 N deluje na ravni vodnik dolžine 1 m s tokom 1 A, ki se nahaja pravokotno na indukcijske črte. * (slika 120, a). Na sl. 120, b prikazuje magnetometer, ki meri velikost magnetnega polja trajnega magneta.
* (Pod tem pogojem bo sila največja.)
Indukcija zemeljskega magnetnega polja je majhna: na ekvatorju približno 32*10 -6 tl, na polih - 65*10 -6 tl, na območju Kurske magnetne anomalije - 190*10 -6 tl. Trenutno magnetna polja z indukcijo do 15 tl.
Ali je velikost indukcije magnetnega polja toka odvisna od oblike prevodnika? Med stranicami vodnika, oblikovanega kot na sl. 121, a, postavite magnetno iglo in povežite prevodnik z virom toka. Opazimo veliko odstopanje puščice. Ko smo vodnik naredili naravnost (sl. 121, b) in pod njim postavili magnetno iglo, bomo skozi to prenesli tok, kot v prvem primeru. Opazili bomo rahlo odstopanje puščice. Zasukajmo vodnik, kot je prikazano na sl. 121, v; vidimo, da puščica ne odstopa, to pomeni, da zvit (bifilarni) vodnik nima magnetnega polja. Večja kot je indukcija magnetnega polja, močnejši je njegov učinek na magnetno iglo. Iz poskusov sklepamo: velikost indukcije magnetnega polja toka je odvisna od oblike prevodnika: a > b, c = 0. Ob drugih enakih pogojih je velikost indukcije magnetnega polja največja pri prevodniku v obliki tuljave.
Kaj je magnetno polje, katere osnovne lastnosti ima? Kakšna je njegova uporaba v znanstvenih raziskavah, v vsakdanjem življenju in v proizvodnji? To bo obravnavano v tem članku z uporabo precej intuitivnega pristopa, ki temelji na splošnih primerih iz resničnega sveta.
Grafični prikaz daljnovodov
Električno polje je grafično prikazano s pomočjo silnic (napetostnih linij), ki vizualno prikazujejo porazdelitev napetosti v prostoru. Izvirajo iz pozitivnega naboja, torej iz vira energije. Negativni naboj je sprejemnik električnih vodov (absorber energije). Večja kot je moč naboja, večje je število silnic, ki izhajajo iz njega.
Za informacijo. Vse, kar je povezano z električnim poljem, si je pravzaprav precej težko predstavljati. Običajno je ta polja predstaviti z namišljenimi krivuljami, ki imajo naslednje lastnosti: ustrezno polje ima v vsaki točki smer tangente na krivuljo. Gostota teh krivulj vam pove, kako močno je polje na dani točki.
Magnetno polje je označeno z ustreznimi črtami. Njihova smer je usmerjena v smeri igle kompasa (od južnega pola proti severu), če bi bila ista puščica postavljena v to območje prostora. Gostota teh črt označuje moč polja.
Pomembno! Inducirana elektromotorna sila ni enakomerna in teži k prilagajanju tokov med točkama največjega in najnižjega potenciala. Ker je indukcija magnetnega polja vektorska količina, je treba najti njeno orientacijo.
Magnetno polje se obnaša drugače kot električno polje: nikoli ne more imeti virov ali ponorov. Magnetne indukcijske črte imajo smer, kot vsaka vektorska količina, vendar se nikoli ne začnejo ali končajo. Linije magnetnega polja so zaprte zanke.
Za informacijo. V vesolju ni magnetnih nabojev. Ko v teoretični fiziki govorimo o monopolih, mislimo na naboje, ki jih nihče ni opazil. Magnetna polja so območja, kjer predmet vpliva tako, da privlači ali odbija bližnji predmet. Magnetne indukcijske črte so sredstvo, s katerim polja vplivajo na bližnje predmete. Magnetne sile temeljijo na materialih, iz katerih so predmeti izdelani. Niso povezani z gravitacijo, saj velikost gravitacije temelji na masi predmeta.
Viri magnetnega polja
Torej magnetnega polja ne ustvarjajo naboji. Kaj je potem njen izvor? Ustvarjajo ga električni tokovi. Če je tok mogoče predstaviti kot vektor z določeno smerjo, potem so linije magnetne indukcije zanke, ki se vrtijo okoli tega toka.
Ko se električno polje sčasoma spremeni, se okrog smeri spremembe ustvarijo linije magnetne indukcije. Zahvaljujoč temu učinku se lahko elektromagnetno polje širi tudi v praznem prostoru brez tokov ali nabojev.
Elektromagnetno polje prevodnika
Vsaka snov je sestavljena iz atomov, ki vključujejo gibljive naboje. To pomeni, da ima vsak atom svoje magnetno polje. Toda praviloma so ta polja večsmerna in ne ustvarijo skupnega magnetnega polja. V materialu (železo, nikelj, kobalt) so lahko magnetna polja atomov poravnana tako, da bodo skoraj vsi v isti smeri. Ustvari se eno samo močno magnetno polje in material se namagneti.
Pomembno! Magnetizacija je urejenost magnetnih polj atomov. To lahko zmotite s tapkanjem ali segrevanjem materiala. Atomi se začnejo kaotično premikati in material izgubi svoje magnetne lastnosti.
Elektromagnetna indukcija
S kakršno koli spremembo magnetnega pretoka v vezju se inducira emf. Če je tokokrog sklenjen, se v njem pojavi tudi tok. EMF in tok, ustvarjen na ta način, se ohranjata, dokler se spreminjanje toka, povezano z vezjem, nadaljuje. Ta pojav imenujemo elektromagnetna indukcija.
Eksperimentalna opazovanja na preučevanem območju so znanstvenikom omogočila, da so izpeljali dva znana zakona fizike:
- Faradayev zakon. Velikost inducirane emf. sorazmeren s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka, povezanega z vezjem;
- Lenzov zakon. Smer inducirane emf je takšna, da nasprotuje spremembi magnetnega toka, ki jo povzroča.
Faradayev zakon je temeljna sestavina elektrotehnike. Generatorji, transformatorji, električne in proizvodne postaje temeljijo na tem zakonu: izmenično magnetno polje inducira električno polje.
Preprost način za prikaz razmerja med električnimi in magnetnimi silami se imenuje pravilo desne roke. Preprosto pravilo desne roke pravi, da:
- indukcijske črte, pridobljene skozi prevodno žico, bodo usmerjene v isto smer kot zviti prsti leve roke osebe;
- Smer toka se določi z nasprotnim položajem palca.
Skupna vsota magnetnega pretoka F je enaka gostoti pretoka B, pomnoženi s površino A, skozi katero teče.
Pomembno! Magnetno polje mora povečevati ali zmanjševati jakost pravokotno na žico (tako da pretočne črte "prečkajo" prevodnik), sicer napetost ne bo inducirana. Magnetno polje z različno intenzivnostjo lahko ustvarite tako, da premikate magnet blizu žice ali žične tuljave.
V vektorskem prostoru lahko vsako točko identificiramo z dvema vektorjema: električnim poljem E ali magnetno indukcijo B. Na vsaki točki prostora imata določene vrednosti, ki so lahko vse, tudi nič. Z uporabo vektorskih linij je prikazano elektromagnetno polje, ki si ga je lažje in bolj priročno predstavljati.
Video
>> Vektor magnetne indukcije. Magnetne indukcijske črte
§2 VEKTOR MAGNETNE INDUKCIJE. MAGNETNE INDUKCIJE
Električno polje je označeno z vektorsko količino - električno poljsko jakostjo. Prav tako bi bilo treba uvesti veličino, ki kvantitativno označuje magnetno polje. To ni lahka zadeva, saj so magnetne interakcije bolj zapletene od električnih. Vektorsko karakteristiko magnetnega polja imenujemo vektor magnetne indukcije in označujemo s črko. Najprej bomo obravnavali vprašanje samo o smeri vektorja.
Magnetna igla. Videli smo, da se v magnetnem polju okvir s tokom na prožnem obesu, iz katerega ne delujejo prožne sile, ki bi preprečevale orientacijo okvirja, vrti, dokler se ne vzpostavi na določen način. Veste, da se magnetna igla obnaša enako - majhen podolgovat magnet z dvema poloma na koncih - južni J in severni N.
Smer vektorja magnetne indukcije. Orientacijski učinek magnetnega polja na magnetno iglo ali okvir s tokom lahko uporabimo za določitev smeri vektorja magnetne indukcije.
Za smer se vzame smer vektorja magnetne indukcije, ki prikazuje severni pol N magnetne igle, ki je prosto nameščena v magnetnem polju (slika 1.7, a). Ta smer sovpada s smerjo pozitivne normale na zaprto zanko s tokom (slika 1.7, b). Pozitivna normala je usmerjena v smeri gibanja gimleta (z desnim navojem), če ga zavrtite v smeri toka v okvirju (slika 1.7, c).
S pomočjo tokovne zanke ali magnetne igle lahko določite smer vektorja magnetne indukcije na kateri koli točki polja.
Sliki 1.8, 1.9 prikazujeta poskuse z magnetno iglo, ponavljajoče se poskuse z okvirjem (glej sliko 1.5, 1.6).
V magnetnem polju ravnega prevodnika, po katerem teče tok, je magnetna igla na vsaki točki nastavljena tangentno na krog (glej sliko 1.9). Ravnina takšnega kroga je pravokotna na žico, njeno središče pa leži na osi žice.
Smer vektorja magnetne indukcije se določi s pravilom gimlet: če smer translacijskega gibanja gimleta sovpada s smerjo toka v prevodniku, potem smer vrtenja ročaja gimleta kaže smer magnetnega gibanja. indukcijski vektor.
Poskus za določitev smeri indukcijskega vektorja zemeljskega magnetnega polja izvede vsak, ki se po terenu premika s kompasom.
Magnetne indukcijske črte. Jasno sliko magnetnega polja lahko dobimo s konstruiranjem t.i magnetne indukcijske črte . Linije magnetne indukcije so črte, katerih tangente na kateri koli točki sovpadajo z vektorjem na dani točki polja (slika 1.10). Črte vektorja magnetne indukcije so podobne črtam vektorja elektrostatične poljske jakosti.
Za magnetno polje ravnega prevodnika s tokom iz prejšnjih poskusov sledi, da so črte magnetne indukcije koncentrični krogi, ki ležijo v ravnini, pravokotni na ta prevodnik s tokom (glej sliko 1.9). Središče krogov je na osi vodnika. Puščice na črtah kažejo, v katero smer je usmerjen vektor magnetne indukcije tangenta na dano črto.
Slika 1.11 prikazuje vzorec magnetnega polja tuljave (solenoida), po kateri teče tok. Če je dolžina solenoida veliko večja od njegovega premera, se lahko magnetno polje znotraj solenoida šteje za enotno. Linije magnetne indukcije takšnega polja so vzporedne in se nahajajo na enaki razdalji druga od druge.
Slika 1.12 prikazuje zemeljsko magnetno polje. Zemljine magnetne silnice so podobne magnetnim silnicam solenoida.
Severni magnetni pol N je blizu geografskega južnega pola, magnetni južni pol S pa blizu geografskega severnega pola. Os tako velikega magneta z vrtilno osjo Zemlje tvori kot 11,5°. Občasno magnetni poli spremenijo svojo polarnost. Zadnja takšna zamenjava se je zgodila pred približno 30.000 leti.
Vzorec črt magnetne indukcije je mogoče narediti viden z uporabo finih železnih opilkov. To metodo že poznate.
V magnetnem polju se vsak kos železa, ki ga zlijemo na list kartona, namagneti in se obnaša kot majhna magnetna igla. Veliko število takšnih puščic vam omogoča, da določite smer magnetnega polja na večjem številu točk in s tem natančneje določite lokacijo linij magnetne indukcije. Primeri vzorcev magnetnega polja so prikazani na slikah 1.13-1.16.
Vrtinsko polje. Pomembna značilnost črt magnetne indukcije je, da nimajo ne začetka ne konca. Vedno so zaprti. Spomnimo se, da je z elektrostatičnim poljem situacija drugačna. Njegove silnice imajo v vseh primerih vire: začnejo se na pozitivnih nabojih in končajo na negativnih.
Polja z zaprtimi vektorskimi linijami imenujemo vrtinčna polja. Magnetno polje - vrtinčno polje .
Zaprtost magnetnih indukcijskih linij je temeljna lastnost magnetnega polja. To je v tem, da magnetno polje nima virov. Magnetni naboji, podobni električnim, v naravi ne obstajajo.
Magnetno polje je vrtinčno polje, vektor magnetne indukcije ima določeno smer. Ta smer je označena z magnetno iglo ali pa se lahko določi s pravilom gimleta. Magnetno polje nima virov; magnetni naboji v naravi ne obstajajo.
1. Kako se sklenjena zanka s tokom in magnetna igla orientirata v enotnem magnetnem polju?
2. Kaj imenujemo magnetne indukcijske črte!
3. Katera polja se imenujejo vrtinčna polja!
4. Kako se vrtinčno polje razlikuje od potencialnega!
Teme kodifikatorja enotnega državnega izpita: interakcija magnetov, magnetno polje prevodnika s tokom.
Magnetne lastnosti snovi so ljudem znane že dolgo. Magneti so dobili ime po starodavnem mestu Magnesia: v njegovi bližini je bil pogost mineral (kasneje imenovan magnetna železova ruda ali magnetit), katerega koščki so privlačili železne predmete.
Magnetna interakcija
Na obeh straneh vsakega magneta sta Severni pol in Južni pol. Dva magneta se privlačita z nasprotnimi poli in odbijata z enakimi poli. Magneti lahko delujejo drug na drugega tudi skozi vakuum! Vse to pa spominja na interakcijo električnih nabojev interakcija magnetov ni električna. To dokazujejo naslednja eksperimentalna dejstva.
Magnetna sila oslabi, ko se magnet segreje. Moč interakcije točkastih nabojev ni odvisna od njihove temperature.
Magnetna sila oslabi, če magnet stresemo. Nič takega se ne zgodi z električno nabitimi telesi.
Pozitivne električne naboje lahko ločimo od negativnih (na primer pri elektrifikaciji teles). Toda polov magneta je nemogoče ločiti: če magnet razrežete na dva dela, se na mestu reza pojavijo tudi poli in magnet se razcepi na dva magneta z nasprotnima poloma na koncih (obrnjena na povsem enak način). kot poli prvotnega magneta).
Torej magneti Vedno bipolarni, obstajajo samo v obliki dipoli. Izolirani magnetni poli (imenovani magnetni monopoli- analogi električnega naboja) v naravi ne obstajajo (v vsakem primeru še niso bili odkriti eksperimentalno). To je morda najbolj presenetljiva asimetrija med elektriko in magnetizmom.
Tako kot električno nabita telesa tudi magneti delujejo na električne naboje. Vendar pa magnet deluje le na premikanje naboj; če naboj miruje glede na magnet, potem učinka magnetne sile na naboj ni opaziti. Nasprotno, naelektreno telo deluje na vsak naboj, ne glede na to, ali miruje ali se giblje.
V skladu s sodobnimi koncepti teorije kratkega dosega se interakcija magnetov izvaja skozi magnetno polje Magnet namreč v okolici ustvarja magnetno polje, ki deluje na drug magnet in povzroči vidno privabljanje ali odbijanje teh magnetov.
Primer magneta je magnetna igla kompas. Z uporabo magnetne igle lahko ocenite prisotnost magnetnega polja v določenem območju prostora in smer polja.
Naš planet Zemlja je velikanski magnet. Nedaleč od severnega geografskega pola Zemlje je južni magnetni pol. Zato severni konec igle kompasa, ki se obrača proti južnemu magnetnemu polu Zemlje, kaže na geografski sever. Od tod izvira ime "severni pol" magneta.
Linije magnetnega polja
Spomnimo se, da električno polje preučujemo z majhnimi testnimi naboji, po učinku na katere lahko ocenimo velikost in smer polja. Analog testnega naboja v primeru magnetnega polja je majhna magnetna igla.
Na primer, lahko dobite nekaj geometrijskega vpogleda v magnetno polje tako, da postavite zelo majhne igle kompasa na različne točke v prostoru. Izkušnje kažejo, da se bodo puščice postavile vzdolž določenih črt - tako imenovanih magnetne silnice. Opredelimo ta koncept v obliki naslednjih treh točk.
1. Magnetne silnice ali magnetne silnice so usmerjene črte v prostoru, ki imajo naslednjo lastnost: majhna igla kompasa, postavljena na vsako točko na takšni črti, je usmerjena tangentno na to črto.
2. Smer črte magnetnega polja se šteje za smer severnih koncev igel kompasa, ki se nahajajo na točkah te črte.
3. Čim gostejše so črte, tem močnejše je magnetno polje v danem območju prostora..
Železni opilki lahko uspešno služijo kot igle kompasa: v magnetnem polju se majhni opilki namagnetijo in se obnašajo natanko tako kot magnetne igle.
Torej, z nalivanjem železnih opilkov okoli trajnega magneta, bomo videli približno naslednjo sliko magnetnih silnic (slika 1).
riž. 1. Trajno magnetno polje
Severni pol magneta je označen z modro barvo in črko; južni pol - v rdeči barvi in črka . Upoštevajte, da poljske črte zapustijo severni pol magneta in vstopijo v južni pol: navsezadnje bo severni konec igle kompasa usmerjen proti južnemu polu magneta.
Oerstedova izkušnja
Kljub temu, da so bili električni in magnetni pojavi ljudem znani že od antike, med njimi dolgo ni bilo opaziti nobene povezave. Več stoletij so raziskave elektrike in magnetizma potekale vzporedno in neodvisno druga od druge.
Izjemno dejstvo, da so električni in magnetni pojavi med seboj dejansko povezani, je bilo prvič odkrito leta 1820 – v znamenitem Oerstedovem poskusu.
Diagram Oerstedovega poskusa je prikazan na sl. 2 (slika s spletnega mesta rt.mipt.ru). Nad magnetno iglo (in sta severni in južni pol igle) je kovinski vodnik, povezan z virom toka. Če tokokrog sklenete, se puščica obrne pravokotno na vodnik!
Ta preprost poskus je neposredno pokazal razmerje med elektriko in magnetizmom. Poskusi, ki so sledili Oerstedovemu poskusu, so trdno potrdili naslednji vzorec: magnetno polje ustvarjajo električni tokovi in delujejo na tokove.
riž. 2. Oerstedov poskus
Vzorec magnetnih silnic, ki jih ustvarja vodnik s tokom, je odvisen od oblike vodnika.
Magnetno polje ravne žice, po kateri teče tok
Magnetne silnice ravne žice, po kateri teče tok, so koncentrični krogi. Središča teh krogov ležijo na žici, njihove ravnine pa so pravokotne na žico (slika 3).
riž. 3. Polje ravne žice s tokom
Obstajata dve alternativni pravili za določanje smeri sprednjih magnetnih silnic.
Pravilo v smeri urinega kazalca. Polske črte gredo v nasprotni smeri urinega kazalca, če pogledate tako, da tok teče proti nam.
Vijačno pravilo(oz gimlet pravilo, oz pravilo zamaškov- to je nekomu nekaj bližje ;-)). Polne črte gredo tja, kjer morate zavrteti vijak (z običajnim desnim navojem), tako da se premika vzdolž navoja v smeri toka.
Uporabite pravilo, ki vam najbolj ustreza. Bolje se je navaditi na pravilo v smeri urinega kazalca - kasneje se boste sami prepričali, da je bolj univerzalno in lažje za uporabo (in se ga potem s hvaležnostjo spomnite v prvem letniku, ko boste študirali analitično geometrijo).
Na sl. 3 se je pojavilo nekaj novega: to je vektor, imenovan indukcija magnetnega polja, oz magnetna indukcija. Vektor magnetne indukcije je analogen vektorju električne poljske jakosti: služi značilnost moči magnetno polje, ki določa silo, s katero magnetno polje deluje na gibljive naboje.
O silah v magnetnem polju bomo govorili kasneje, za zdaj pa bomo omenili le, da velikost in smer magnetnega polja določa vektor magnetne indukcije. V vsaki točki prostora je vektor usmerjen v isto smer kot severni konec igle kompasa, ki je nameščen na določeni točki, in sicer tangentno na poljsko črto v smeri te črte. Magnetna indukcija se meri v Tesla(Tl).
Tako kot v primeru električnega polja tudi za indukcijo magnetnega polja velja: princip superpozicije. Leži v tem, da indukcije magnetnih polj, ki jih na določeni točki ustvarijo različni tokovi, se vektorsko seštevajo in dajejo nastali vektor magnetne indukcije:.
Magnetno polje tuljave s tokom
Razmislite o krožni tuljavi, skozi katero kroži enosmerni tok. Vira, ki ustvarja tok, na sliki ne prikazujemo.
Slika poljskih črt naše orbite bo izgledala približno takole (slika 4).
riž. 4. Polje tuljave s tokom
Za nas bo pomembno, da bomo lahko ugotovili, v kateri polprostor (glede na ravnino tuljave) je usmerjeno magnetno polje. Spet imamo dve alternativni pravili.
Pravilo v smeri urinega kazalca. Poljske črte gredo tja, gledano od koder se zdi, da tok kroži v nasprotni smeri urinega kazalca.
Vijačno pravilo. Polne črte gredo tja, kjer se bo vijak (z običajnim desnim navojem) premaknil, če ga zavrtimo v smeri toka.
Kot lahko vidite, tok in polje zamenjata vlogi - v primerjavi s formulacijo teh pravil za primer enosmernega toka.
Magnetno polje tokovne tuljave
Tuljava Delovalo bo, če boste žico navili na tesno, zavoj za zavojem, v dovolj dolgo spiralo (slika 5 - slika iz en.wikipedia.org). Tuljava ima lahko več deset, sto ali celo tisoče ovojev. Tuljava se imenuje tudi solenoid.
riž. 5. Tuljava (solenoid)
Magnetno polje enega obrata, kot vemo, ni videti zelo preprosto. Polja? posamezni zavoji tuljave se prekrivajo drug na drugega in zdi se, da bi rezultat moral biti zelo zmedena slika. Vendar to ni tako: polje dolge tuljave ima nepričakovano preprosto strukturo (slika 6).
riž. 6. polje tokovne tuljave
Na tej sliki tok v tuljavi teče v nasprotni smeri urinega kazalca, gledano z leve (to se zgodi, če je na sliki 5 desni konec tuljave priključen na "plus" tokovnega vira, levi konec pa na " minus”). Vidimo, da ima magnetno polje tuljave dve značilni lastnosti.
1. Znotraj tuljave, daleč od njenih robov, je magnetno polje homogena: v vsaki točki je vektor magnetne indukcije enak po velikosti in smeri. Terenske črte so vzporedne ravne črte; upognejo se le blizu robov tuljave, ko pridejo ven.
2. Zunaj tuljave je polje blizu ničle. Več kot je zavojev v tuljavi, šibkejše je polje zunaj nje.
Upoštevajte, da neskončno dolga tuljava sploh ne sprosti polja navzven: zunaj tuljave ni magnetnega polja. Znotraj takšne tuljave je polje povsod enakomerno.
Vas ne spominja na nič? Tuljava je "magnetni" analog kondenzatorja. Spomnite se, da kondenzator ustvarja v sebi enakomerno električno polje, katerega črte se upognejo le blizu robov plošč, zunaj kondenzatorja pa je polje blizu nič; kondenzator z neskončnimi ploščami sploh ne oddaja polja navzven in je polje enakomerno povsod znotraj njega.
In zdaj - glavna ugotovitev. Primerjajte sliko silnic magnetnega polja zunaj tuljave (slika 6) s črtami magnetnega polja na sl. 1. To je ista stvar, kajne? In zdaj smo prišli do vprašanja, ki se vam verjetno že dolgo poraja v glavi: če magnetno polje ustvarjajo tokovi in deluje na tokove, kaj je potem razlog za pojav magnetnega polja v bližini trajnega magneta? Navsezadnje se zdi, da ta magnet ni prevodnik s tokom!
Amperova hipoteza. Elementarni tokovi
Sprva so mislili, da je interakcijo magnetov mogoče razložiti s posebnimi magnetnimi naboji, koncentriranimi na polih. Toda za razliko od elektrike nihče ni mogel izolirati magnetnega naboja; navsezadnje, kot smo že povedali, severnega in južnega pola magneta ni bilo mogoče dobiti ločeno - poli so v magnetu vedno prisotni v parih.
Dvome o magnetnih nabojih je še povečal Oerstedov poskus, ko se je izkazalo, da magnetno polje ustvarja električni tok. Poleg tega se je izkazalo, da je za vsak magnet mogoče izbrati prevodnik s tokom ustrezne konfiguracije, tako da polje tega prevodnika sovpada s poljem magneta.
Ampere je postavil drzno hipotezo. Ni magnetnih nabojev. Delovanje magneta je razloženo z zaprtimi električnimi tokovi v njem.
Kakšni so ti tokovi? te elementarni tokovi krožijo znotraj atomov in molekul; povezani so z gibanjem elektronov vzdolž atomskih orbit. Magnetno polje katerega koli telesa je sestavljeno iz magnetnih polj teh elementarnih tokov.
Elementarni tokovi so lahko naključno nameščeni glede na drugega. Takrat se njuni polji medsebojno izničita in telo ne kaže več magnetnih lastnosti.
Če pa so osnovni tokovi razporejeni usklajeno, se njihova polja med seštevanjem krepijo. Telo postane magnet (slika 7; magnetno polje bo usmerjeno proti nam; proti nam bo usmerjen tudi severni pol magneta).
riž. 7. Elementarni magnetni tokovi
Amperova hipoteza o elementarnih tokovih je pojasnila lastnosti magnetov. Segrevanje in tresenje magneta poruši red njegovih elementarnih tokov in magnetne lastnosti oslabijo. Neločljivost polov magneta je postala očitna: na mestu, kjer je magnet prerezan, dobimo enake elementarne tokove na koncih. Sposobnost telesa, da se namagneti v magnetnem polju, pojasnjujemo z usklajeno poravnavo elementarnih tokov, ki se pravilno »obračajo« (o rotaciji krožnega toka v magnetnem polju preberite na naslednjem listu).
Amperova hipoteza se je izkazala za resnično – to je pokazal nadaljnji razvoj fizike. Ideje o elementarnih tokovih so postale sestavni del teorije atoma, ki se je razvila že v dvajsetem stoletju - skoraj sto let po briljantni Amperejevi domnevi.