Часть 3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Раздел 9 МАГНЕТИЗМ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

9.1. Внешние аналогии между магнитными и электрическими явлениями

Магнитами называют тела, способны притягивать железо, никель и кобальт. Магнитные свойства присущи, например, такой железной руде, как магнитный железняк, который является естественным магнитом. Более ярко они выражены в искусственно изготовленных магнитов. Особенно сильно магнитные свойства оказываются вблизи концов магнита. Эти места называют полюсами (N - северный, S - южный). Одноименные полюса магнитов отталкиваются, разноименные - притягиваются. В связи с этим постоянные магниты действуют на магнитную орієнтуюче стрелку, которая находится вблизи них так, что может свободно вращаться вокруг своей оси. Такое действие постоянного магнита на магнитную стрелку передается через магнитное поле - вид материи, которая существует в пространстве вокруг магнитов. Магнитная стрелка есть «пробным телом», которое дает возможность установить факт существования магнитного поля.

Хоть магнитные и электрические явления были известны еще до нашей эры, впервые четко разграничил их в конце XVI ст. В. Гильберт, который положил начало научному изучению магнитных явлений. Изучая магнитные явления, имеем дело с двумя полюсами разных типов. Закономерности взаимодействия зарядов в электричестве и полюсе в магнетизме аналогичные. Однако до наэлектризованного тела притягиваются любые легкие тела, тогда как к магнитному полюса только определенные тела, а именно: изготовленные из железа, никеля, кобальта или их сплавов.

При электризации всегда образуются два рода одинаковых по значению зарядов - негативный и позитивный, которые можно отделить друг от друга. Магнит всегда имеет два полюса - северный и южный, однако разделить их невозможно. Как бы мы не делили магнит, всегда достанем новый магнит, более короткий, но с обоими полюсами. Уже со времен Ампера, который дал пояснения электрической природы магнетизма, известно, что магнетизм как особой субстанции не обнаружено, что те «магнитные заряды», о которые говорил В. Гильберт, и «магнитные массы», на существовании которых подчеркивал Ш. Кулон, являются абстракциями. Подобно явления электростатической индукции намагничивания наблюдается железа при приближении к магниту.

Для изучения взаимодействия между полюсами магнитов Ш. Кулон применил метод крутильных весов. Магниты в виде длинных проволок ученый брал для того, чтобы можно было пренебречь взаимодействием удаленных полюсов. Каждый полюс он характеризовал «количеством магнетизма», или «магнитной массой» m. На основании опытов Ш. Кулон пришел к выводу, что разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные - отталкиваются: два магнитных полюса взаимодействуют между собой в вакууме с силой, пропорциональной произведению их магнитных масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между ними:

где k - коэффициент пропорциональности, значение и размерность которого зависят от выбора системы единиц. Как показывает опыт, на взаимодействие магнитных полюсов влияет окружающая среда. Это влияние учитывают введением специальной величины, которую, по предложению В. Томсона, называют магнитной проницаемостью среды и обозначают через μ. В однородном изотропном среде взаимодействие магнитных полюсов будут определять законом Кулона

В абсолютной электромагнитной системе единиц СГСМ (в основу ее положены основные единицы системы СГС для механических величин) Тогда

где μ₀ - магнитная постоянная.

Аналогично можно определить напряженность и индукцию магнитного поля. Однако такой подход к определению их составляет лишь исторический интерес.