Магнитные спектры
Вокруг любого проводника с током существует магнитное поле. Обнаружить это магнитное поле можно различными способами, например, с помощью магнитной стрелки. Под действием сил магнитного поля стрелка ориентируется. Вместо магнитной стрелки, закрепленной на оси, можно использовать маленькие железные опилки, которые в магнитном поле намагничиваются и тоже превращаются в магнитные стрелочки. Магнитные опилки, ориентируясь вдоль так называемых линий магнитного поля, создают картину, которая называется магнитным спектром. Мы изучим вид магнитных спектров для двух случаев. Первый случай - это прямолинейный проводник с током, и второй случай - это катушка с током.
Для того чтобы изучить поле прямолинейного проводника с током, мы используем рамку, на которой закреплено стекло, и сквозь это стекло, через отверстие в этом стекле пропущен прямолинейный проводник. При горизонтальном расположении рамки проводник идет вертикально, и ток, проходя по этому проводнику, будет создавать магнитное поле, а опилки мы будем насыпать на стекло.
Вначале мы насыплем на стекло опилки хаотически, равномерно, беспорядочно. В отсутствие тока никакой ориентации опилок наблюдаться не будет. Когда же мы пропустим по этому проводнику ток, то опилки сориентируются. Как они сориентируются, мы увидим на опыте.
Сейчас на стекло насыпаны железные опилки, ток через проводник мы пока не пропустили. Замкнем цепь и будем пропускать постоянный ток сквозь проводник. Для того чтобы дать возможность опилкам сориентироваться, мы слегка будем постукивать по рамочке, встряхивая тем самым опилки. Вы видите, что теперь опилки сориентировались и расположились по замкнутым линиям. Это линии магнитного поля. В случае прямолинейного тока магнитные линии магнитного поля представляют собой концентрические окружности, плоскости которых параллельны, а центры лежат на одной оси, которая совпадает с этим прямолинейным током.
Заменим эту рамку другой рамкой, через которую пропущены несколько витков, и исследуем магнитный спектр поля катушки. Сейчас на проекционном столике кодоскопа установлена другая рамка со стеклом. Теперь через эту рамку пропущен не прямолинейный ток, а пропущены три витка. Вы видите на экране, где проецируется изображение, три витка, и магнитные опилки вновь равномерно насыпаны на стекло. Мы теперь имеем вместо прямолинейного тока катушку. Правда, три витка - это не катушка, у реальной катушки витков очень много, они плотно прилегают друг к другу, но, даже располагая три витка и пропуская по ним постоянный ток, мы сможем по магнитному спектру изучить поле катушки, поле соленоида. "Солено" по-гречески - трубка, и катушка с током часто называется соленоидом.
Пропустим по этим трем виткам, которые моделируют катушку, моделируют соленоид, пропустим снова постоянный ток от выпрямителя. Замкнем цепь и пропустим ток сквозь витки. Вновь постучим по рамке для того, чтобы опилки сориентировались.
Вы видите, что сейчас опилки уже не расположены беспорядочно, а расположены определенным образом. Вот у одного витка, это начало соленоида (будем считать), магнитные линии, вдоль которых расположились опилки, как бы "входят" внутрь соленоида, а из другого конца они выходят изнутри соленоида и расходятся. Магнитные линии в данном случае замкнуты. Правда, поле вне соленоида очень слабое, в хорошем соленоиде поля почти нет вне соленоида. Тем не менее, магнитные линии замыкаются. Проходя сквозь внешнюю часть, они замыкаются внутри соленоида.
Обратите внимание на то, как идут опилки внутри соленоида, внутри витков. Они идут параллельно друг другу и с одинаковой густотой. В хорошем соленоиде именно так идут магнитные линии. Такое поле, где магнитные линии параллельны и имеют одинаковую густоту, называется однородным полем. Таким образом, внутри соленоида, в средней его части, поле однородно, а у краев соленоида однородность поля нарушается. Здесь магнитные линии расходятся, идут уже с меньшей густотой, чем внутри соленоида, поле здесь будет слабее. Еще с меньшей густотой идут линии вне соленоида, где, как я уже говорил, магнитное поле катушки с током, магнитное поле соленоида весьма слабо.
