Магнитное поле

Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?

Как вы уже знаете из пройденного материала, электрический ток обладает различными действиями:

• При тепловом действии проводник, по которому течет ток, нагревается. Это действие описывается законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$)
• Пропуская ток через некоторые растворы кислот, можно увидеть его химическое действие. Оно позволяет получить чистые металлы из таких растворов
• С помощью магнитного действия можно сделать магнит из любого железного предмета. Также при помещении рамки, в обмотке которой течет ток, между полюсами магнита, она начинает вращаться.

Дело в том, что магнитное действие проявляется всегда, когда существует электрический ток. 

Например, проводники с током взаимодействуют друг с другом. Каким образом? Говорят, то между ними возникают магнитные силы (рисунок 1). Наглядно они приводят к деформации проводников.

Так мы перечислили магнитные явления, уже известные вам. Именно об этих явлениях и возникающих при них силах и пойдет речь в данном разделе. Начнем мы с того, что на текущем уроке рассмотрим сам факт существования магнитного поля.

Магнитная стрелка

Зачастую для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку (рисунок 2).

• Она имеет два полюса: северный (обозначается буквой $N$, окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой $S$, окрашен в красный цвет)
• Также у нее имеется ось — линия, соединяющая полюсы

Такая стрелка является основной частью любого компаса. Его функционирование возможно, так как наша планета обладает собственным магнитным полем.

{"questions":[{"content":"Магнитная стрелка имеет[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["два полюса","одну ось","две оси","центр массы"],"answer":[0,1]}}}]}

В ходе опытов магнитную стрелку обычно помещают на острие (конец иглы или булавки). Так она сможет свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости (рисунок 3).

Магнитное действие электрического тока, опыт Эрстеда

В 1820 году ученый Ханс Кристиан Эрстед (рисунок 4) установил, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Давайте повторим этот известный опыт (рисунок 5) и узнаем, в чем состоит опыт Эрстеда.

Соберем электрическую цепь, состоящую из проводов, источника тока и ключа. Провода расположим таким образом, чтобы параллельно под ними поместить магнитную стрелку на подставке. На рисунке 5 ее изначальное положение показано пунктирной линией.

Замыкаем цепь с помощью ключа. Теперь по проводам течет ток.

Магнитная стрелка отклонится. Она повернется на $90 \degree$ и будет перпендикулярна проводнику.

• Если разомкнуть цепь, то стрелка вернется в начальное положение
• Если поменять направление тока на противоположное, то стрелка повернется в другую сторону

{"questions":[{"content":"В опыте Эрстеда магнитную стрелку помещают под проводников, по которому течет ток, так, чтобы она была[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["параллельна проводнику","перпендикулярна проводнику","под некоторым произвольным углом к проводнику"],"answer":[0]}}}]}

Этот опыт показал нам, что магнитная стрелка и проводник с током как-то взаимодействуют друг с другом. Это наглядная связь между электрическими и магнитными явлениями.

Следствие опыта — существование магнитного поля

Увиденное нами в ходе проведения опыта взаимодействие ведет к следующему выводу:

Вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле. Именно оно действует на магнитную стрелку.

Дадим определение.

Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг любого проводника с током, то есть вокруг движущихся электрических зарядов.

Получается, что электрический ток и магнитное поле — одно целое, они неотделимы друг от друга.

{"questions":[{"content":"Магнитное поле существует[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["вокруг проводника с током","вокруг любого проводника","Отдельно от электрического тока"],"explanations":["","Магнитное поле существует вокруг ДВИЖУЩИХСЯ электрических зарядов.  Если по проводнику не течет ток, то и магнитного поля не будет.","Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга."],"answer":[0]}}}]}

Магнитное и электрические поля

Какая же связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Возникает ли магнитное поле вокруг неподвижных электрический зарядов? Нет, в этом случае существует только электрическое поле.

А если заряды начинают двигаться и возникает электрический ток? Тогда возникает не только электрическое, но магнитное поле (рисунок 6).

Получается, что электрический ток мы можем рассматривать как источник магнитного поля. На основе этого вывода вы сможете правильно понимать смысл таких фраз, как “магнитное поле тока” или “магнитное поле, созданное током”.

{"questions":[{"content":"Электрическое поле[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["может существовать   без наличия магнитного поля","существует только при наличии магнитного поля","несовместимо с магнитным полем"],"answer":[0]}}}]}