Свойства магнитной силы могут показаться довольно сложными и совсем нелогичными. Это абсолютно идет вразрез с замечательной простотой гравитации и электростатической силы. Кроме того, похоже, между гравитацией и электростатикой больше сходства, чем между электростатикой и магнетизмом…
Пусть читатель не волнуется: теория относительности (которую мы рассмотрим в главе 26) дает чрезвычайно простое и единое представление об электромагнитной силе. Магнитные свойства, которые сейчас кажутся такими сложными, предстанут логичным проявлением электростатической силы.
Таким образом, в привычном для нас масштабе электростатической силы и гравитации будет достаточно, чтобы все объяснить. А пока свойства магнетизма по-прежнему остаются очень важными для понимания некоторых явлений в масштабе планеты Земля (глава 16), в электричестве (главы 17 и 18) и для всего, что касается света (см. часть, посвященную оптике).
Выше мы говорили, что подвижные заряды создают магнитное поле в каждой точке пространства, магнитная сила которого воздействует на другие подвижные заряды. Представление о магнитном поле, в частности, помогло понять действие магнитов. Но использование этого посредника немного мешает разобраться в прямом взаимодействии между подвижными зарядами под действием магнитной силы.
Итак, подведем итоги, не используя больше понятие магнитного поля: магнитная сила тем мощнее, когда сильный ток (большой заряд и большая скорость) находится близко к другому сильному току. Аналогично электростатическая сила тем мощнее, чем одни сильные заряды ближе к другим сильным зарядам. Кроме того, магнитная сила зависит от направления взаимодействующих токов. Рис. 14.11 и 14.12 позволяют синтезировать множество различных геометрических конфигураций.
Мы видим некоторое природное притяжение токов, движущихся в одном направлении… Помимо сложности магнитной силы, которая явно прослеживается на схемах, это любопытное систематическое свойство заставляет задуматься: теория относительности поможет понять глубокое единство, которое здесь ощущается…
Рис. 14.11 – Взаимодействие двух параллельных проводов под электрическим током
Направление тока обозначено на проводах. Широкие стрелки означают действующую магнитную силу. Пунктирные стрелки представляют магнитное поле. Читатель может определить все эти направления с помощью правила трех пальцев. (а) – параллельные провода, по которым ток идет в одну сторону, притягиваются. (b) – параллельные провода, по которым ток идет в разных направлениях, отталкиваются.
Рис. 14.12 – Взаимодействие перпендикулярных проводов, по которым движется ток
(а) и (b) – магнитная сила стремится заставить провода вращаться, чтобы они были направлены в одну сторону.
Кроме того, на рис. 14.11 мы видели, что два тока, направленные в одну сторону, притягиваются, тогда как два тока, идущие в противоположные стороны, отталкиваются.
В конечном итоге мы констатируем, что во всех приведенных случаях ток «хочет» перемещаться в одном направлении.
СЛЕДУЕТ ЗАПОМНИТЬ
• Магнитная сила возникает под действием подвижных зарядов на подвижные заряды. Она пропорциональна скорости этих зарядов.
• Максимальная магнитная сила направлена перпендикулярно току, который ее создает. Она перпендикулярна траектории частиц, на которые воздействует, то есть в любом случае меняет их траекторию.
• Ток создает магнитное поле в любой точке пространства, которое может проявить себя в виде магнитной силы в присутствии движущегося заряда.
• Земля создает магнитное поле, которое заставляет вращаться магниты всегда в одном направлении. Таким образом, можно различить северный и южный полюса магнита: так, в частности, устроен компас (простой вращающийся магнит).
• Согласно определению, магнитное поле ориентировано от южного к северному полюсу компаса, помещенного в определенную точку.
• Некоторые атомы создают магнитное поле из-за вращения электронов вокруг ядра и вокруг своей оси. Такие вещества называют парамагнетиками. В присутствии внешнего магнитного поля магнитные поля этих атомов поворачиваются в том же направлении, и вещество становится намагниченным.
• Чаще всего столкновения атомов гасят намагниченность вещества, когда исчезает внешнее магнитное поле. Намагниченность сохраняется лишь у некоторых веществ, называемых ферромагнетиками: так создаются постоянные магниты.