Магнитное поле (8 класс)

Как мы помним из курса седьмого класса, всё, что окружает нас в природе, называется материей. Материя, в свою очередь, делится на вещество и поле. С одним из таких полей — электрическим — мы уже знакомы.



Само по себе электрическое поле недоступно нашим органам чувств. Единственный способ его обнаружить — посмотреть его действие на неподвижный электрический заряд. Если на заряд действует сила — значит, в данной точке есть поле.



У электрического поля есть ближайший «родственник» - магнитное поле.



Магнитное поле, как и электрическое — это тоже особый вид материи. Оно также невидимо для нас, и для его обнаружения нужны вспомогательные средства.

Здесь возможны два варианта. Первый способ - обнаружить действие поля на электрический заряд. Важным условием должно быть то, что данный заряд обязательно должен двигаться. Второй способ — более простой — обнаружить действие поля на специальное намагниченное вещество. Именно этим способом мы и будем пользоваться дальше.



Что же представляет из себя это «специальное вещество»? На самом деле, это обычная магнитная стрелка. Она же — компас. Человечество уже давно заметило, что определенные материалы сохраняют свою ориентацию в пространстве, показывая направление север-юг. Это оказалось весьма удобным при длительных путешествиях — в пустыне, в море — и позволяло не сбиваться с направления.



Мы тоже будем пользоваться магнитной стрелкой. Познакомимся с ней поближе. Каждая стрелка имеет два полюса: северный (синий) и южный (красный). Линию, соединяющую эти полюсы, называют осью. Также люди договорились за направление магнитного поля в любой точке выбирать то, куда смотрит северный полюс стрелки.



Как же возникает магнитное поле? Вначале исследователи пытались провести аналогию с электрическим полем, предлагая некие «магнитные заряды».



Однако эта теория оказалась несостоятельна после опытов, проведенных ученым Хансом Кристианом Эрстедом в 1819 году. Он показал, что магнитное поле образуется вокруг проводника с током, или, другими словами, движущихся зарядов. Запомним данное утверждение: магнитное поле и движение электрических зарядов неотделимы друг от друга.



Попробуем улучшить опыт Эрстеда, расположив проводник с током вертикально и разместив вокруг него магнитные стрелки. При включении тока мы видим, что стрелки располагаются вдоль условной окружности, охватывающей наш провод. Такие линии (вдоль которых располагаются оси магнитных стрелок) называют магнитными линиями. Запишем данное определение.



Интересно в нашем опыте и то, что при изменении тока на противоположное, все магнитные стрелки разворачиваются на 180 градусов. То есть, направление магнитного поля однозначно связано с направлением тока в проводнике.

Подведем итог двух наших экспериментов. Мы убедились, что магнитное поле создается при движении электрических зарядов. Если взять самый простой случай — прямой проводник с током, то магнитное поле представляет собой окружности, охватывающие его. Причем направление магнитных линий меняется при изменении направления тока.

Как это изображается при решении задач? Направление тока, «протыкающего» наш рисунок, обозначают с помощью «стрелы». Если мы видим ее «остриё» (то есть точку) — значит, электрический ток бежит к нам. Если же мы видим «оперение» (то есть крест) — то от нас.



Теперь нарисуем направление магнитного поля. Мы помним, что магнитное поле направлено туда, куда показывает северный полюс стрелки. Чтобы не использовать ее для решения каждой задачи, существуют два равнозначных правила, как вычислить направление магнитной линии.

Первое правило — правило буравчика.

Если мы берем штопор или винт и начинаем его вкручивать в том направлении, куда течет электрический ток, то направление вращения ручки показывает направление магнитного поля.



Второе правило — правило правой руки.

Если мы обхватываем проводник правой рукой так, что большой палец показывает направление тока, то остальные согнутые пальцы показывают направление магнитного поля.



Чтобы закрепить эти правила, выполните в конце урока практическое задание. Изготовьте шесть картонных кругов радиусом 4 см. Три из них будут иметь указатель, направленный по часовой стрелке, а три — против часовой. Теперь возьмите провод и наденьте на него круги так, чтобы они соответствовали магнитному полю. Выполните упражнение для двух случаев — когда электрический ток бежит от вас, и когда он бежит к вам.