Б. Магнетизм и электромагнетизм

Б. МАГНЕТИЗМ И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Известно, что подковообразные или прямые стальные магниты притягивают железные тела и намагничивают их. У каждого магнита имеются два места — полюсы, где магнитные свойства проявляются особенно сильно. По середине между ними находится нейтральная полоса, на которой магнитные свойства не обнаруживаются. Способность магнитов взаимно притягиваться или отталкиваться дает основание различать полюсы магнитов, называя их северным и южным.
Полюсы магнитов одинаковой полярности (одинакового наименования) отталкиваются, полюсы разной полярности притягиваются. Это явление взаимодействия намагниченных тел, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, свидетельствует об особом состоянии среды, окружающей магниты, о наличии так называемого магнитного поля, в котором проявляется действие магнитной силы. Эти силы имеют определенное направление в каждой точке поля, что легко установить с помощью маленькой магнитной стрелки, помещенной в поле. Соединяя линией различные положения стрелки в магнитном поле, получают изображение так называемой магнитной силовой линии. Совокупность магнитных линий образует магнитное поле, о состоянии и свойствах которого эти воображаемые линии дают наглядное представление. В отличие от линий электрического поля, которые имели начало и конец на элементарных положительных и отрицательных зарядах, магнитные силовые линии являются всегда замкнутыми кривыми. Они направляются от северного полюса к южному в пространстве вне магнита и от южного к северному — внутри магнита.



Рис. 17. Силовые линии поля прямого магнита NS.

На рис. 17 изображено только несколько силовых линий поля прямого магнита. Характерным свойством магнитных линий является их стремление сокращать свою длину, подобно растянутому резиновому шнуру, и отталкиваться друг от друга, когда они направлены одинаково. Чем сильнее магнит, тем больше число силовых линий магнитного поля, тем больше так называемый магнитный поток. Магнитное поле считается однородным, когда его силовые линии параллельны между собой и расположены с одинаковой густотой. Магнитные силы тогда одинаковы во всех точках поля.

Вещества различаются по своей способности проводить магнитные силовые линии и в этом отношении могут быть характеризованы величиной магнитной проницаемости. У железа она в несколько тысяч раз больше, чем, например, у воздуха, благодаря чему магнитные силовые линии «охотнее» проходят через железо, чем через воздух. Если внести кусок железа в однородное магнитное поле, то линии поля как бы втянутся в железо, от чего их густота в железе становится значительно большей, чем в окружающем воздухе.
При пропускании тока через проводник можно установить по отклонению помещенной рядом магнитной стрелки, что вокруг проводника имеется магнитное поле. Электрический ток не бывает без магнитного поля. Силовые линии поля проводника имеют форму колец, концентрически «нанизанных» на проводник и перемещающихся вдоль него. Чем больше величина тока, тем больше число колец.
Направление линий кольцевого поля легко определяется по так называемому правилу буравчика (штопора): если мысленно ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки укажет направление магнитных линий.
Если изогнуть провод, по которому протекает ток, в виде кольца, то магнитное поле будет иметь вид, показанный на рис. 18.


Рис. 18. Магнитное поле тока, текущего по кольцу

Придав проводу форму цилиндрической спирали — соленоида, получают поле, изображенное на рис. 19.

Рис. 19. Магнитное поле около соленоида.

Такое поле получилось в результате сложения полей всех витков, поэтому магнитный поток соленоида тем больше, чем больше у него имеется витков и чем больше величина протекающего по нему тока. Магнитное поле соленоида ничем не отличается от поля прямого постоянного магнита. Оно также имеет направление, полярность, зависящую от направления тока в соленоиде, и действует так, как будто оно является полем магнита. Если приблизить железный стержень к соленоиду, то часть магнитных силовых линий поля войдет в стержень, обладающий большей проницаемостью, чем воздух. Эти линии, стремясь сократить свою длину, втянут стержень в середину соленоида. Сам стержень окажется при этом намагниченным. Явление втягивания железных стержней или пластин в соленоид используется в некоторых типах амперметров и вольтметров, а также в различных электротехнических устройствах. Соленоид с расположенным внутри железным стержнем называется электромагнитом. Его железный стержень называется сердечником, а витки соленоида — обмоткой. Обмотка выполняется обычно из большого числа витков проволоки, намотанной в несколько слоев в виде катушки. Сердечникам электромагнитов придается разнообразная форма, в зависимости от назначения электромагнита.