Р-32;5
При этом магнитное поле внутри такого кольца станет суммой многих согласованно действующих магнитных полей и усилится во много раз по сравнению с полем ровного, не изогнутого проводника. Наиболее сильное суммарное поле — в районе центра витка. Причем если приближать стрелку компаса к району центра то с одной стороны, то с другой, то поле будет поворачивать эту стрелку в разных направлениях (Р-32;6).
Р-32;6
Если поднести стрелку к центру витка с одной его стороны, то стрелка повернется к витку своим северным полюсом, а если поднести стрелку к центру витка с другой стороны, она повернется к витку южным полюсом. Это различие долго объяснять словами, но оно станет сразу же понятным, если подробно проследить, как складываются магнитные поля отдельных участков кольцевого проводника (Р-32;5). И тот факт, что направление магнитных сил с одной стороны витка отличается от направления магнитных сил с другой стороны витка, заставляет выделить в его магнитном поле две качественно отличающиеся области (примерно так же мы обнаружили некоторые качественные различия у электрических зарядов и выделили два сорта зарядов — «+» и «—») и дать этим областям свои названия: область северного магнетизма — это та, которая притягивает стрелку компаса ее синей стороной, и область южного магнетизма— это та, которая притягивает стрелку ее красной стороной. Кстати, само различие магнитных свойств двух заостренных концов стрелки связано с теми же явлениями, которые наблюдались при складывании магнитных полей кольцевого тока.
Т-50. Разноименные магнитные полюсы (северный и южный) притягиваются, одноименные — отталкиваются. Магнитное поле постоянного магнита создается суммой некоторых кольцевых токов в атомах, молекулах и молекулярных блоках (доменах). При этом поля отдельных микроскопических кольцевых токов складываются так, что у магнита появляются две области с особо сильными магнитными полями. Их и называют полюсами магнита (Р-32;7).
Рожденные бессчетными атомными кольцевыми токами полюсы постоянного магнита имеют те же особенности, что и северная и южная области кольцевого тока — они притягивают к себе магнитную стрелку разными ее концами. Общее правило, не имеющее исключений, отмечает, что разноименные полюсы магнитов (или разноименные области кольцевых токов) притягивается, одноименные — отталкиваются.
Где у какого магнита северный полюс, а где южный, можно легко определить, если поднести к нему другой магнит, полюсы которого известны.
Остается лишь пояснить, как при этом можно дать названия полюсам самого первого магнита, скажем стрелке самого первого компаса. Здесь есть два пути. Вот первый: северным полюсом назвать то острие стрелки (оно окрашено в красный цвет), которое поворачивается к Северному географическому полюсу Земли, а южным полюсом стрелки назвать то ее острие (окрашено в синий цвет), которое смотрит на Южный географический полюс. Мы знаем, что Земля — большой магнит, полюсы которого находятся примерно там же, где и географические полюсы. Причем на месте Северного географического полюса находится южный магнитный полюс этого большого магнита. И этот южный полюс (Северный географический полюс Земли) тянет к себе острие стрелки компаса, которое мы называем северным.
А вот и второй способ. Зная направление тока, всегда можно по правилу буравчика или по правилу часов (Р-32;2) определить, где у кольцевого тока северная магнитная область, а где южная (их часто тоже называют полюсами). И если внести компас в магнитное поле кольцевого тока, то можно дать названия полюсам стрелки.
Т-51. Катушка: ток последовательно проходит по нескольким виткам провода, и их магнитные поля суммируются. Если можно складывать магнитные поля отдельных участков проводника, свернув его в кольцо, то, конечно, можно еще больше усилить суммарное магнитное поле, если свернуть из проводника несколько колец и сблизить их (Р-33). Такой спиралевидный элемент называют катушкой индуктивности или просто катушкой.
Р-33
Ясно, чем больше витков у катушки, тем сильнее ее суммарное магнитное поле. А кроме того, поле, как всегда, зависит от тока, и поэтому способность катушки создавать магнитное поле (при данной конкретной величине тока) иногда оценивают ампер-витками — произведением тока I в амперах на число витков w.
Т-52. Ферромагнитные и парамагнитные вещества в разной степени усиливают магнитное поле, диамагнитные ослабляют его. Можно во много раз усилить магнитное поле катушки, если вставить в нее сердечник (Р-33;4) из так называемых ферромагнитных веществ. К их числу относятся железо (сталь), никель, кобальт, а также некоторые специальные сплавы и специальная керамика, содержащая окислы железа. Внешнее магнитное поле действует на кольцевые токи в атомах ферромагнитного вещества таким образом, что эти микроскопические магнитики поворачиваются в одну сторону и начинают создавать свое собственное магнитное поле, которое может оказаться во много раз сильнее внешнего, созданного током в катушке. Число, которое показывает, во сколько раз в том или ином веществе реальные магнитные силы превышают магнитные силы внешних полей, называют относительной магнитной проницаемостью μ (С-6).