§ 10. Індукція магнітного поля. Лінії магнітної індукції. Магнітне поле Землі

• Назад до змісту

1. Яка фізична величина характеризує силову дію магнітного поля?

Силовою характеристикою магнітного поля є магнітна індукція ($\vec{B}$) — векторна фізична величина, яка характеризує силову дію магнітного поля, а її одиницею в СІ є тесла (Тл).

2. Як візуалізувати магнітне поле?

Магнітне поле візуалізують за допомогою ліній магнітної індукції (магнітних ліній) — умовних напрямлених ліній, у кожній точці яких дотична збігається з лінією, уздовж якої напрямлений вектор магнітної індукції. Графічну картину цих ліній можна спостерігати наочно за допомогою залізних ошурків або дрібних магнітних стрілок.

Який напрямок мають магнітні лінії всередині штабового магніту?

Всередині штабового магніту магнітні лінії напрямлені від південного магнітного полюса ($S$) до північного ($N$), оскільки лінії магнітної індукції є замкненими.

3. Яке поле називають однорідним?

Магнітне поле в певній частині простору називають однорідним, якщо в кожній його точці вектори магнітної індукції однакові як за модулем, так і за напрямком.

4. Чи можна вважати Землю магнітом?

Так, Землю можна вважати величезним магнітом, оскільки вона має власне магнітне поле, причому поблизу її північного географічного полюса розташований південний магнітний полюс, а поблизу південного географічного полюса — північний магнітний полюс.

Уявіть, що ви подорожуєте на Північний полюс, рухаючись точно в тому напрямку, на який вказує стрілка компаса. Чи досягнете ви місця призначення?

Ні, ви не досягнете Північного географічного полюса, оскільки північний кінець стрілки компаса вказує на Південний магнітний полюс Землі, який не збігається з географічним полюсом і розташований на певній відстані від нього.

Як буде розташована магнітна стрілка в пристрої на рис. 10.8 біля північного магнітного полюса Землі? біля південного магнітного полюса Землі?

Біля північного магнітного полюса Землі (який розташований на півдні планети) лінії магнітної індукції виходять із Землі вертикально вгору, тому північний полюс стрілки спрямується вертикально вгору. Біля південного магнітного полюса Землі (який розташований на півночі планети) лінії магнітної індукції входять у Землю вертикально вниз, тому північний полюс стрілки спрямується вертикально вниз.

А ЯК НАСПРАВДІ?

А як вважаєте ви?

Правильною є позиція Миколи, оскільки наукові дослідження доводять здатність багатьох видів птахів, риб та ссавців орієнтуватися за магнітним полем Землі завдяки наявності в їхніх тканинах спеціальних магніторецепторів або мікрокристалів магнетиту.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Дайте означення магнітної індукції. Яка її одиниця в СІ?

Магнітна індукція — це векторна фізична величина, яка характеризує силову дію магнітного поля. Одиницею магнітної індукції в СІ є тесла (Тл).

2. Як напрямлений вектор магнітної індукції?

За напрямок вектора магнітної індукції в даній точці магнітного поля обрано напрямок, у якому вказує північний полюс магнітної стрілки, встановленої в даній точці.

3. Наведіть означення ліній магнітної індукції. Який їх напрямок? Від чого залежить щільність їх розташування?

Лініями магнітної індукції (або магнітними лініями) називають умовні напрямлені лінії, у кожній точці яких дотична збігається з лінією, уздовж якої напрямлений вектор магнітної індукції. Напрямок ліній магнітної індукції збігається з напрямком вектора магнітної індукції у відповідній точці (поза магнітом вони виходять із північного полюса та входять у південний). Щільність розташування ліній залежить від модуля магнітної індукції: лінії зображають щільніше в тих ділянках поля, де магнітна індукція більша.

4. Яке магнітне поле є однорідним?

Однорідним називають магнітне поле в певній частині простору, якщо в кожній його точці вектори магнітної індукції є однаковими як за модулем, так і за напрямком.

5. Доведіть, що Земля має магнітне поле.

Доказом існування магнітного поля Землі є орієнтація магнітної стрілки компаса, яка в будь-якій точці поверхні планети встановлюється у визначеному напрямку уздовж магнітних ліній. Крім того, на наявність магнітного поля вказують дослід Вільяма Ґільберта із намагніченою кулею-моделлю, виникнення полярних сяйв і магнітних бурь.

6. Як розташовані магнітні полюси Землі відносно географічних?

Магнітні полюси Землі не збігаються з її географічними полюсами. Поблизу Північного географічного полюса планети розташований її Південний магнітний полюс, а поблизу Південного географічного полюса — Північний магнітний полюс.

ВПРАВА № 10

1. На рис. 1 зображено лінії магнітної індукції на певній ділянці магнітного поля. Для кожного випадку а–в визначте: 1) яке це поле — однорідне чи неоднорідне; 2) напрямок вектора магнітної індукції в точках А і В поля; 3) у якій точці — А чи В — магнітна індукція поля є більшою.

Випадок а:

1. Поле є однорідним.
2. Вектор магнітної індукції в обох точках А і В напрямлений вертикально вгору.
3. В обох точках А і В магнітна індукція поля є однаковою.

Випадок б:

1. Поле є однорідним.
2. Вектор магнітної індукції в обох точках А і В напрямлений перпендикулярно до площини рисунка до нас.
3. В обох точках А і В магнітна індукція поля є однаковою.

Випадок в:

1. Поле є неоднорідним.
2. У точці А вектор магнітної індукції напрямлений вліво вгору, а в точці В — вправо вгору.
3. Магнітна індукція поля є більшою в точці В.

2. Чому сталеві віконні ґрати можуть із часом намагнітитися?

Сталеві віконні ґрати можуть із часом намагнітитися, оскільки вони тривалий час перебувають у магнітному полі Землі.

3. На рис. 2 зображено лінії магнітного поля, створеного двома однаковими постійними магнітами. 1) Чи існує магнітне поле в точці А? 2) Який напрямок має вектор магнітної індукції в точці В? у точці С? 3) У якій точці — А, В чи С — магнітна індукція поля є найбільшою? 4) Який напрямок мають вектори магнітної індукції всередині магнітів?

1. Так, магнітне поле в точці А існує.
2. У точці В вектор магнітної індукції напрямлений вліво вгору, у точці С — горизонтально вліво.
3. Магнітна індукція поля є найбільшою у точці С.
4. Всередині магнітів вектори магнітної індукції напрямлені від південного полюса S до північного полюса N.

4. На рис. 3 зображено фото картини магнітних ліній магнітного поля, одержаної за допомогою залізних ошурків. Що було використано як джерело магнітного поля? Яку інформацію про це поле можна дізнатися за наведеним фото?

Як джерело магнітного поля було використано дугоподібний магніт або два магніти, притиснуті різнойменними полюсами. За наведеним фото можна дізнатися, що магнітне поле є неоднорідним.

5. Раніше під час експедицій на Північний полюс виникали труднощі щодо визначення напрямку руху, адже поблизу полюса звичайні компаси майже не працювали. Як ви вважаєте, чому?

Північний географічний полюс Землі розташований досить близько до її Південного магнітного полюса, тому лінії магнітної індукції входять у поверхню майже вертикально, і магнітна стрілка компаса встановлюється майже вертикально.

6. Дізнайтесь, яке значення має магнітне поле для життя на нашій планеті. Що сталося б, якби магнітне поле Землі раптом зникло?

Магнітне поле Землі слугує захисним екраном від потоків заряджених космічних частинок і сонячного вітру, а також допомагає орієнтуватися деяким видам тварин під час міграцій. Якби магнітне поле Землі раптом зникло, сонячний вітер поступово зруйнував би атмосферу та озоновий шар, що призвело б до згубного впливу космічної радіації на всі живі організми.