Що ми знаємо про силових лініях магнітного поля, крім того, що в локальному просторі близько постійних магнітів або провідників зі струмом, існує магнітне поле, яке проявляє себе у вигляді силових ліній, або в більш звичному поєднанні - у вигляді магнітно-силових ліній?

Існує дуже зручний спосіб отримати наочну картину силових ліній магнітного поля за допомогою залізної тирси. Для цього потрібно насипати на аркуш паперу або картону трохи залізної тирси і піднести знизу один з полюсів магніту. Тирса намагнічуються і розташовуються по силових лініях магнітного поля у вигляді ланцюжків мікро магнітів. У класичній фізиці магнітно-силові лінії визначають як лінії магнітного поля, дотичні до яких в кожній їх точці вказують напрямок поля в цій точці.

На прикладі декількох малюнків з різним розташуванням магнітно-силових ліній розглянемо характер магнітного поля навколо провідників зі струмом і постійних магнітів.

 

 

На рис.1 наведено вид магнітно-силових ліній кругового витка зі струмом, а на рис.2 приведена картина магнітно-силових ліній навколо прямолінійного проводу зі струмом. На рис.2 замість тирси використовують маленькі магнітні стрілки. На цьому малюнку показано, як при зміні напрямку струму, змінюється і напрямок магнітно-силових ліній. Зв'язок між напрямком струму і напрямом магнітно-силових ліній зазвичай визначають за допомогою «правила свердлика», обертання рукоятки якого покаже напрямок магнітно-силових ліній, якщо закручувати буравчик у напрямку струму.

 

 

 

На рис.3 приведена картина магнітно-силових ліній смугового магніту, а на рис.4 картина магнітно-силових ліній довгого соленоїда зі струмом. Звертає на себе увагу подібність зовнішнього розташування магнітно-силових ліній на обох малюнках (рис.3 і рис.4). Силові лінії від одного кінця соленоїда зі струмом тягнуться до іншого так само, як у смугового магніту. Сама форма магнітно-силових ліній зовні соленоїда зі струмом ідентична з формою ліній смугового магніту. У соленоїда зі струмом також є полюса північний і південний, а також нейтральна зона. Два соленоїда зі струмом або соленоїд і магніт взаємодіють як два магніти.

Що ж можна побачити, дивлячись на картинки магнітних полів постійних магнітів, прямолінійних провідників зі струмом або витків зі струмом з використанням залізних тирси? Головна особливість магнітно-силових ліній, як показують картинки розташування тирси, це їх замкнутість. Інша особливість магнітно-силових ліній - це їх спрямованість. Маленька магнітна стрілка, поміщена в будь-якій точці магнітного поля, своїм північним полюсом вкаже напрямок магнітно-силових ліній. Для визначеності домовилися вважати, що магнітно-силові лінії виходять з північного магнітного полюса смугового магніту і входять в його південний полюс. Локальне магнітне простір поблизу магнітів або провідників зі струмом представляє собою суцільну пружну середу. Пружність цього середовища підтверджують численні досліди, наприклад, при відштовхуванні однойменних полюсів постійних магнітів.

Ще раніше я висловив гіпотезу про те, що магнітне поле навколо магнітів або провідників зі струмом представляє собою суцільну пружну середу, що володіє магнітними властивостями, в якій утворюються інтерференційні хвилі. Частина цих хвиль замкнута. Саме в цій суцільної пружної середовищі утворюється інтерференційна картина магнітно-силових ліній, яка проявляється з використанням залізних тирси. Суцільна середу створюється випромінюванням джерел в мікроструктурі речовини.

 

 

Згадаймо досліди по інтерференції хвиль з підручника з фізики, в якому коливається платівка нього два вістря вдаряє по воді. У цьому досвіді видно, що взаємне те під різними кутами двох хвиль ніякого впливу не робить на їх подальше переміщення. Іншими словами хвилі проходять один через одного без подальшого впливу на поширення кожної з них. Для світлових (електромагнітних) хвиль справедлива та ж закономірність.

Що ж відбувається в тих областях простору, в яких дві хвилі перетинаються (Рис. 5) - накладаються одна на іншу? Кожна частинка середовища знаходиться на шляху двох хвиль одночасно бере участь в коливаннях цих хвиль, тобто її рух є сума коливань двох хвиль. Ці коливання являють собою картину інтерференційних хвиль з їх максимумами і мінімумами в результаті накладення двох або більшого числа хвиль, тобто складання їх коливань в кожній точці середовища, через яку ці хвилі проходять. Дослідами встановлено, що явище інтерференції спостерігається як у хвиль, що поширюються в середовищах, так і у електромагнітних хвиль, тобто інтерференція є виключно властивістю хвиль і не залежить, ні від властивостей середовища, ні від її наявності. Слід пам'ятати, що інтерференція хвиль виникає за умови, якщо коливання когерентні (узгоджені), тобто коливання повинні мати постійну в часі різниця фаз і однакову частоту.

У нашому випадку з залізними тирсою магнітно-силовими лініями є лінії з найбільшою кількістю тирси, розташованих в максимумах інтерференційних хвиль, а лінії з меншою кількістю тирси розташовані між максимумами (в мінімумах) інтерференційних хвиль.

На підставі вище наведеної гіпотези, можна зробити наступні висновки.

1.Магнітное поле - це середовище, яке утворюється поблизу постійного магніту або провідника зі струмом в результаті випромінювання джерелами в мікроструктурі магніту або провідника окремих мікромагнітних хвиль.

2. Це мікромагнітние хвилі взаємодіють в кожній точці магнітного поля, утворюючи інтерференційну картину у вигляді магнітно-силових ліній.

3.Мікромагнітние хвилі це замкнуті мікро енергетичні вихори з мікро полюсами здатні притягатися між собою, утворюючи пружні замкнуті лінії.

4.Мікро джерела в мікро структурі речовини, що випромінюють мікромагнітние хвилі, які утворюють інтерференційну картину магнітного поля, мають однакову частоту коливань, а їх випромінювання постійну в часі різниця фаз.

Яким же чином відбувається процес намагнічування тіл, який призводить до утворення навколо них магнітного поля, тобто які процеси відбуваються в мікроструктурі магнітів і провідників зі струмом? Щоб відповісти на це та інші питання необхідно згадати деякі особливості будови атома.

Таким чином, індукція магнітного поля на осі кругового витка зі струмом зменшується обернено пропорційно третього ступеня відстані від центру витка до точки на осі. Вектор магнітної індукції на осі витка паралельний осі. Його напрямок можна визначити за допомогою правого гвинта: якщо направити правий гвинт паралельно осі витка і обертати його у напрямку струму в витку, то напрямок поступального руху гвинта покаже напрямок вектора магнітної індукції.

 

Силові лінії магнітного поля

 

Магнітне поле, як і електростатичне, зручно представляти в графічній формі - за допомогою силових ліній магнітного поля.

Силова лінія магнітного поля - це лінія, дотична до якої в кожній точці збігаються з напрямом вектора магнітної індукції.

Силові лінії магнітного поля проводять так, що їх густота пропорційна величині магнітної індукції: чим більше магнітна індукція в деякій точці, тим більше густота силових ліній.

Таким чином, силові лінії магнітного поля мають схожість з силовими лініями електростатичного поля.

Однак їм властиві і деякі особливості.

Розглянемо магнітне поле, створене прямим провідником зі струмом I.

Нехай цей провідник перпендикулярний площині малюнка.

У різних точках, розташованих на однаковій відстані від провідника, індукція однакова за величиною.

напрямок вектора В   в різних точках показано на малюнку.

Лінією, дотична до якої в усіх точках збігається з напрямком вектора магнітної індукції, є окружність.

Отже, силові лінії магнітного поля в цьому випадку є окружності, що охоплюють провідник. Центри всіх силових ліній розташовані на провіднику.

Таким чином, силові лінії магнітного поля замкнені (силові лінії електростатичного не можуть бути замкнуті, вони починаються і закінчуються на зарядах).

Тому магнітне поле є вихровим  (Так називають поля, силові лінії яких замкнуті).

Замкнутість силових ліній означає ще одну, дуже важливу особливість магнітного поля - в природі не існує (принаймні, поки не виявлено) магнітних зарядів, які були б джерелом магнітного поля певної полярності.

Тому не буває окремо Викорис-го північного або південного магнітного полюса магніту.

Навіть якщо розпиляти навпіл постійний магніт, то вийде два магніти, кожен з яких має обидва полюси.

 

Сила Лоренца

 

Експериментально встановлено, що на заряд, що рухається в магнітному полі, діє сила. Цю силу прийнято називати силою Лоренца:

.

Модуль сили Лоренца

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

де a - кут між векторами v   і B .

Напрямок сили Лоренца залежить від напрямку вектора. Його можна визначити за допомогою правила правого гвинта або правила лівої руки. Але напрямок сили Лоренца не обов'язково збігається з напрямком вектора!

Справа в тому, що сила Лоренца дорівнює результату добутку вектора [ v , В ] На скаляр q. Якщо заряд позитивний, то F   л  паралельна вектору [ v , В ]. Якщо ж q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , В ] (Див. Малюнок).

Якщо заряджена частинка рухається паралельно силовим лініям магнітного поля, то кут a між векторами швидкості і магнітної індукції дорівнює нулю. Отже, сила Лоренца на такий заряд не діє (sin 0 \u003d 0, F л = 0).

Якщо ж заряд буде рухатися перпендикулярно силовим лініям магнітного поля, то кут a між векторами швидкості і магнітної індукції дорівнює 90 0. В цьому випадку сила Лоренца має максимально можливе значення: F л = q vB.

Сила Лоренца завжди перпендикулярна швидкості руху заряду. Це означає, що сила Лоренца не може змінити величину швидкості руху, але змінює її напрям.

Тому в однорідному магнітному полі заряд, влетіла в магнітне поле перпендикулярно його силових ліній, буде рухатися по колу.

Якщо на заряд діє тільки сила Лоренца, то рух заряду підпорядковується наступному рівнянню, складеним на основі другого закону Ньютона: ma = F л.

Оскільки сила Лоренца перпендикулярна швидкості, остільки прискорення зарядженої частинки є доцентровим (нормальним): (тут R  - радіус кривизни траєкторії зарядженої частки).

 

Силові лінії магнітного поля

Магнітні поля так само, як і електричні, можна зображувати графічно за допомогою силових ліній. Магнітної силовий лінією, або лінією індукції магнітного поля, називають лінію, дотична до якої в кожній точці збігаються з напрямом вектора магнітної індукції поля.

а)	б)	в)

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 1.2. Силові лінії магнітного поля прямого струму (а),

кругового струму (б), соленоїда (в)

Магнітні силові лінії так само, як і електричні, не перетинаються. Їх прокреслюють з такою густотою, щоб число ліній, які перетинають одиницю поверхні, перпендикулярної до них, було одно (або пропорційно) величиною магнітної індукції магнітного поля в даному місці.

На рис. 1.2, а наведені силові лінії поля прямого струму, які представляють собою концентричні кола, центр яких розташований на осі струму, а напрямок визначається правилом правого гвинта (струм в провіднику спрямований на читача).

Лінії магнітної індукції можна «проявити» за допомогою залізної тирси, намагнічуються в досліджуваному полі і які поводяться подібно маленьким магнітним стрільцям. На рис. 1.2, б  показані силові лінії магнітного поля кругового струму. Магнітне поле соленоїда представлено на рис. 1.2, в.

Силові лінії магнітного поля замкнені. Поля, що володіють замкнутими силовими лініями, отримали назву вихрових полів. Очевидно, що магнітне поле - вихровий поле. У цьому полягає істотна відмінність магнітного поля від електростатичного.

В електростатичному полі силові лінії завжди розімкнуті: вони починаються і закінчуються на електричних зарядах. Магнітні силові лінії не мають ні початку, ні кінця. Це відповідає тому, що в природі немає магнітних зарядів.

 

Закон Біо-Савара-Лапласа

 

Французькі фізики Ж. Біо і Ф. Савар провели в 1820 р дослідження магнітних полів, створюваних струмами, поточними по тонких проводах різної форми. Лаплас проаналізував експериментальні дані, отримані Біо і Саварен, і встановив залежність, яка отримала назву закону Біо-Савара-Лапласа.

 

 

 

Згідно з цим законом, індукція магнітного поля будь-якого струму може бути обчислена як векторна сума (суперпозиція) індукції магнітних полів, створюваних окремими елементарними ділянками струму. Для магнітної індукції поля, створюваного елементом струму довжиною, Лаплас отримав формулу:

 

 , (1.3)

 

де - вектор, по модулю дорівнює довжині елемента провідника і збігається за напрямком зі струмом (рис. 1.3); - радіус-вектор, проведений від елемента в ту точку, в якій визначається; - модуль радіуса-вектора.

 

 Лінії магнітного поля

Кажуть, що в дитинстві Альберт Ейнштейн обожнював розглядати компас, розмірковуючи про те, як голка відчуває силу без прямого фізичного контакту. Глибоке мислення і серйозний інтерес, привели до того, що дитина виросла і створив свою революційну теорію відносності.

Так як магнітні сили впливають на віддаленості, ми обчислюємо магнітне поля для відображення цих сил. Графічна передача ліній корисна для візуалізації сили і напряму магнітного поля. Витягнутість ліній вказує на північну орієнтацію стрілки компаса. Магнітне називають В-полем.

(А) - Якщо для зіставлення магнітного поля навколо стрижневого магніту використовують невеликий компас, то він покаже потрібний напрямок від північного полюса до південного. (b) - Додавання стрілок створює безперервні лінії магнітного поля. Сила виступає пропорційної близькості ліній. (С) - Якщо можна вивчити внутрішність магніту, то лінії відобразяться у вигляді замкнутих петель

Немає нічого складного в зіставленні магнітного поля об'єкта. Для початку розрахуйте силу і напрям магнітного поля в декількох місцях. Відзначте ці точки векторами, що вказують в напрямку локального магнітного поля з величиною, пропорційною його силі. Можна об'єднати стрілки, і сформувати лінії магнітного поля. Напрямок в будь-якій точці виступить паралельним напрямку найближчих ліній поля, а локальна щільність здатна бути пропорційною міцності.

Силові лінії магнітного поля нагадують контурні на топографічних картах, так як показують щось безперервне. Багато закони магнетизму можна сформулювати за допомогою простих понять, на зразок кількості польових ліній крізь поверхню.

Напрямок ліній магнітного поля, представлених вирівнюванням ошурки на папері, розташованої над стрижневим магнітом

На відображення ліній впливають різні явища. Наприклад, залізні ошурки на лінії магнітного поля створюють лінії, які відповідають магнітним. Також вони візуально відображаються в полярних сияниях.

Відправлений у поле невеликої компас вирівнюється паралельно лінії поля, а північний полюс вкаже на В.

Мініатюрні компаси можна використовувати для демонстрації полів. (А) - Магнітне поле круглого токового контуру нагадує магнітне. (b) - Довгий і прямий провід формує поле з лініями магнітного поля, що створює кругові петлі. (С) - Коли провід виявляється в площині паперу, то поле виступає перпендикулярним папері. Відзначте, які саме символи використовують для поля, яке зазначає всередину і назовні

Детальне вивчення магнітних полів допомогло вивести ряд важливих правил:

• Напрямок магнітного поля стосується лінії поля в будь-якій точці простору.
• Сила поля виступає пропорційної близькості лінії. Вона також точно пропорційна кількості ліній на одиницю площі.
• Лінії магнітного поля ніколи не стикаються, а значить в будь-якій точці простору магнітне поле буде унікальним.
• Лінії залишаються безперервними і слідують з північного до південного полюса.

Останнє правило грунтується на тому, що полюса можна розділити. І це відрізняється від ліній електричного поля, в яких кінець і початок знаменується позитивними і негативними зарядами.

Теми кодификатора ЄДІ: Взаємодія магнітів, магнітне поле провідника зі струмом.

Магнітні властивості речовини відомі людям давно. Магніти отримали свою назву від античного міста Магнесія: в його околицях був поширений мінерал (названий згодом магнітним залізняком або магнетитом), шматки якого притягували залізні предмети.

 

взаємодія магнітів

 

На двох сторонах кожного магніту розташовані північний полюс  і південний полюс. Два магніту притягуються один до одного різнойменними полюсами і відштовхуються однойменними. Магніти можуть діяти один на одного навіть крізь вакуум! Все це нагадує взаємодію електричних зарядів, однак взаємодія магнітів не є електричним. Про це свідчать наступні досліди.

Магнітна сила слабшає при нагріванні магніту. Сила ж взаємодії точкових зарядів не залежить від їх температури.

Магнітна сила слабшає, якщо трясти магніт. Нічого подібного з електрично зарядженими тілами не відбувається.

Позитивні електричні заряди можна відокремити від негативних (наприклад, при електризації тіл). А ось розділити полюса магніту не виходить: якщо розрізати магніт на дві частини, то в місці розрізу також виникають полюса, і магніт розпадається на два магніти з різнойменними полюсами на кінцях (орієнтованих точно так же, як і полюса вихідного магніту).

Таким чином, магніти завжди  двополюсні, вони існують тільки у вигляді диполів. Ізольованих магнітних полюсів (так званих   магнітних монополів - аналогів електричного заряду) в при роді не існує (у всякому разі, експериментально вони поки не виявлені). Це, мабуть, найбільш вражаюча асиметрія між електрикою і магнетизмом.

Як і електрично заряджені тіла, магніти діють на електричні заряди. Однак магніт діє тільки на рухомий  заряд; якщо заряд покоїться щодо магніту, то дії магнітної сили на заряд не спостерігається. Навпаки, наелектризоване тіло діє на будь-який заряд, незалежно від того, покоїться він або рухається.

За сучасними уявленнями теорії близкодействия, взаємодія магнітів здійснюється за допомогою магнітного поля.А саме, магніт створює в навколишньому просторі магнітне поле, яке діє на інший магніт і викликає видиме тяжіння або відштовхування цих магнітів.

Прикладом магніту служить магнітна стрілка  компаса. За допомогою магнітної стрілки можна судити про наявність магнітного поля в даній області простору, а також про направлення поля.

Наша планета Земля є гігантським магнітом. Неподалік від північного географічного полюса Землі розташований південний магнітний полюс. Тому північний кінець стрілки компаса, повертаючись до південного магнітного полюса Землі, вказує на географічний північ. Звідси, власне, і виникла назва «північний полюс» магніту.

 

Лінії магнітного поля

 

Електричне поле, нагадаємо, досліджується за допомогою маленьких пробних зарядів, за дією на які можна судити про величину і напрямку поля. Аналогом пробного заряду в разі магнітного поля є маленька магнітна стрілка.

Наприклад, можна отримати деяке геометричне уявлення про магнітне поле, якщо розмістити в різних точках простору дуже маленькі стрілки компаса. Досвід показує, що стрілки вишикуються вздовж певних ліній -так званих   ліній магнітного поля. Дамо визначення цього поняття у вигляді наступних трьох пунктів.

1. Лінії магнітного поля, або магнітні силові лінії - це спрямовані лінії в просторі, що володіють наступною властивістю: маленька стрілка компаса, поміщена в кожній точці такої лінії, орієнтується по дотичній до цієї лінії.

2. Напрямком лінії магнітного поля вважається напрямок північних кінців стрілок компаса, розташованих в точках даної лінії.

3. Чим густіше йдуть лінії, тим сильніше магнітне поле в даній області простору.

Роль стрілок компаса з успіхом можуть виконувати залізну тирсу: в магнітному полі маленькі тирса намагнічуються і поводяться в точності як магнітні стрілки.

Так, насипавши ошурки навколо постійного магніту, ми побачимо приблизно таку картину ліній магнітного поля (рис. 1).

Мал. 1. Поле постійного магніту

Північний полюс магніту позначається синім кольором і буквою; південний полюс - червоним кольором і буквою. Зверніть увагу, що лінії поля виходять з північного полюса магніту і входять в південний полюс: адже саме до південного полюса магніту буде спрямований північний кінець стрілки компаса.

 

Дослід Ерстеда

 

Незважаючи на те, що електричні та магнітні явища були відомі людям ще з античності, ніякого взаємозв'язку між ними довгий час не спостерігалося. Протягом декількох століть дослідження електрики і магнетизму йшли паралельно і незалежно один від одного.

Той чудовий факт, що електричні та магнітні явища насправді пов'язані один з одним, був вперше виявлений в 1820 році - в знаменитому досвіді Ерстеда.

Схема досвіду Ерстеда показана на рис. 2 (зображення з сайту rt.mipt.ru). Над магнітною стрілкою (і - північний і південний полюси стрілки) розташований металевий провідник, підключений до джерела струму. Якщо замкнути ланцюг, то стрілка повертається перпендикулярно провіднику!
  Цей простий досвід прямо вказав на взаємозв'язок електрики і магнетизму. Експерименти пішли за досвідом Ерстеда, твердо встановили таку закономірність: магнітне поле породжується електричними струмами і діє на струми.

 

 

Мал. 2. Досвід Ерстеда

Картина ліній магнітного поля, породженого провідником зі струмом, залежить від форми провідника.

 

Магнітне поле прямого проводу з струмом

 

Лінії магнітного поля прямолінійного проводу зі струмом є концентричними колами. Центри цих кіл лежать на дроті, а їх площини перпендикулярні проводу (рис. 3).

 

 

Мал. 3. Поле прямого проводу з струмом

Для визначення напрямку ліній магнітного поля прямого струму існують два альтернативних правила.

Правило годинникової стрілки. Лінії поля йдуть проти годинникової стрілки, якщо дивитися так, щоб струм тек на нас.

правило гвинта  (або правило гвинта, або правило штопора  - це вже кому що ближче ;-)).   Лінії поля йдуть туди, куди треба обертати гвинт (зі звичайною правою різьбою), щоб він рухався по різьбі в напрямку струму.

Користуйтеся тим правилом, яке вам більше до душі. Краще звикнути до правилу годинникової стрілки - ви самі згодом переконаєтеся, що воно більш універсально і їм простіше користуватися (а потім з вдячністю згадаєте його на першому курсі, коли будете вивчати аналітичну геометрію).

На рис. 3 з'явилося і дещо нове: це вектор, який називається індукцією магнітного поля, або магнітної індукції. Вектор магнітної індукції є аналогом вектора напруженості електричного поля: він служить силовий характеристикою  магнітного поля, визначаючи силу, з якою магнітне поле діє на рухомі заряди.

Про силах в магнітному полі ми поговоримо пізніше, а поки відзначимо лише, що величина і напрямок магнітного поля визначається вектором магнітної індукції. У кожній точці простору вектор направлений туди ж, куди і північний кінець стрілки компаса, вміщеній в дану точку, а саме по дотичній до лінії поля в напрямку цієї лінії. Вимірюється магнітна індукція в теслах  (Тл).

Як і в разі електричного поля, для індукції магнітного поля справедливий принцип суперпозиції. Він полягає в тому, що індукції магнітних полів, створюваних в даній точці різними струмами, складаються векторно і дають результуючий вектор магнітної індукції:.

 

Магнітне поле витка зі струмом

 

Розглянемо кругової виток, по якому циркулює постійний струм. Джерело, що створює струм, ми на малюнку не показуємо.

Картина ліній поля нашого витка матиме приблизно такий вигляд (рис. 4).

Мал. 4. Поле витка зі струмом

Нам буде важливо вміти визначати, в яке полупространство (щодо площині витка) направлено магнітне поле. Знову маємо два альтернативних правила.

Правило годинникової стрілки. Лінії поля йдуть туди, дивлячись звідки струм здається циркулює проти годинникової стрілки.

правило гвинта. Лінії поля йдуть туди, куди буде переміщатися гвинт (зі звичайною правою різьбою), якщо обертати його в напрямку струму.

Як бачите, ток і поле міняються ролями - в порівнянні з формулюваннями цих правил для випадку прямого струму.

 

Магнітне поле котушки зі струмом

 

котушка  вийде, якщо щільно, виток до витка, намотати провід в досить довгу спіраль (рис. 5 - зображення з сайту en.wikipedia.org). У котушці може бути кілька десятків, сотень або навіть тисяч витків. Котушка називається ще соленоидом.

 

 

Мал. 5. Котушка (соленоїд)

Магнітне поле одного витка, як ми знаємо, виглядає не дуже-то просто. Поля? окремих витків котушки накладаються один на одного, і, здавалося б, в результаті повинна вийти зовсім вже заплутана картина. Однак це не так: поле довгою котушки має несподівано просту структуру (рис. 6).

 

Мал. 6. поле котушки зі струмом

На цьому малюнку ток в котушці йде проти годинникової стрілки, якщо дивитися зліва (так буде, якщо на рис. 5 правий кінець котушки підключити до «плюса» джерела струму, а лівий кінець - до «мінуса»). Ми бачимо, що магнітне поле котушки володіє двома характерними властивостями.

1. Усередині котушки далеко від її країв магнітне поле є однорідним: В кожній точці вектор магнітної індукції однаковий за величиною і напрямком. Лінії поля - паралельні прямі; вони викривляються лише поблизу країв котушки, коли виходять назовні.

2. Поза котушки поле близьке до нуля. Чим більше витків в котушці - тим слабкіше поле зовні неї.

Зауважимо, що нескінченно довга котушка взагалі не випускає поле назовні: поза котушки магнітне поле відсутнє. Усередині такої котушки поле всюди є однорідним.

Нічого не нагадує? Котушка є «магнітним» аналогом конденсатора. Ви ж пам'ятаєте, що конденсатор створює усередині себе однорідне електричне поле, лінії якого викривляються лише поблизу країв пластин, а поза конденсатора поле близьке до нуля; конденсатор з нескінченними обкладинками взагалі не випускає поле назовні, а всюди всередині нього поле є однорідним.

А тепер - головне спостереження. Зіставте, будь ласка, картину ліній магнітного поля поза котушки (рис. 6) з лініями поля магніту на рис. 1. Одне і те ж, чи не так? І ось ми підходимо до питання, яке, ймовірно, у вас вже давно виник: якщо магнітне поле породжується струмами і діє на струми, то яка причина виникнення магнітного поля поблизу постійного магніту? Адже цей магніт начебто не є провідником зі струмом!

 

Гіпотеза Ампера. елементарні струми

 

Спочатку думали, що взаємодія магнітів пояснюється особливими магнітними зарядами, зосередженими на полюсах. Але, на відміну від електрики, ніхто не міг ізолювати магнітний заряд; адже, як ми вже говорили, не вдавалося отримати окремо північний і південний полюс магніту - полюса завжди присутні в магніті парами.

Сумніви щодо магнітних зарядів посилив досвід Ерстеда, коли з'ясувалося, що магнітне поле породжується електричним струмом. Більш того, виявилося, що для будь-якого магніту можна підібрати провідник зі струмом відповідної конфігурації, такий, що поле цього провідника збігається з полем магніту.

Ампер висунув сміливу гіпотезу. Немає ніяких магнітних зарядів. Дія магніту пояснюється замкнутими електричними струмами всередині нього.

Що це за струми? ці елементарні струми  циркулюють всередині атомів і молекул; вони пов'язані з рухом електронів по атомним орбітах. Магнітне поле будь-якого тіла складається з магнітних полів цих елементарних струмів.

Елементарні струми можуть бути безладним чином розташовані один щодо одного. Тоді їх поля взаємно погашаються, і тіло не виявляє магнітних властивостей.

Але якщо елементарні струми розташовані узгоджено, то їх поля, складаючись, підсилюють один одного. Тіло стає магнітом (рис. 7; магніти поле буде направлено на нас; також на нас буде спрямований і північний полюс магніту).

 

 

Мал. 7. Елементарні струми магніту

Гіпотеза Ампера про елементарні токах прояснила властивості магнітов.Нагреваніе і тряска магніту руйнують порядок розташування його елементарних струмів, і магнітні властивості слабшають. Неподільність полюсів магніту стала очевидною: в місці розрізу магніту ми отримуємо ті ж елементарні струми на торцях. Здатність тіла намагнічуватися в магнітному полі пояснюється узгодженим вибудовуванням елементарних струмів, «повертаються» належним чином (про поворот кругового струму в магнітному полі читайте в наступному листку).

Гіпотеза Ампера виявилася справедливою - це показав подальший розвиток фізики. Уявлення про елементарні токах стали невід'ємною частиною теорії атома, розробленої вже в ХХ столітті - майже через сто років після геніальної здогадки Ампера.