Магнитная стрелка

Магнитная стрелка

Устройство, представляющее из себя свободно установленный на вертикальной подставке (иголке) горизонтальный магнит.

Линия, соединяющая полюса магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки. Такая магнитная стрелка есть в любом механическом компасе – приборе для ориентирования на местности. В 1820 г. датский физик X. К. Эрстед заметил, что магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника с током, отклоняется от первоначального состояния. Исследования показали, что стрелка возвращается и пытается разместиться так, чтобы ее ось была перпендикулярна к проводнику:

С изменением направления тока направление вращения магнитной стрелки меняется.

Открытие X. К. Эрстеда имело принципиальное значение для развития науки. Оно показало существование существенных связей между электрическими и магнитными явлениями, вихревого магнитного поля и пондеромоторных сил, отличных от центральных сил притяжения и отталкивания.

Измерение напряженности магнитного поля

Магнитная стрелка, подвешена на упругой нити или связанная со спиральной пружинкой и проградуированной шкалой отсчета является самым распространенным и простым прибором для измерения напряженности магнитного поля.

В то же время нетрудно увидеть, что крутящий момент $Р$, действующий на стрелку, зависит от угла α между направлением стрелки и направлением
поля. Поэтому измерения крутящего момента надо проводить с учетом некоторого фиксированного угла α. Как правило, выбирают α = 90º, то есть упругую систему закручивают так,
чтобы стрелка располагалась перпендикулярно к направлению поля.

Измеренный в этом положении стрелки крутящий момент имеет максимальное значение:

$P_{max} = NH$

Итак, определив крутящий момент $P_{max} = NH$ для одного однородного поля, можно определить $N$ для любого другого магнита:

$N= \frac {P_{max}} {H}$

И наоборот, приготовив стрелку с определенным магнитным моментом (эталонную стрелку) и измерив крутящий момент поля, действующего на эту стрелку, расположенную перпендикулярно к направлению поля, можно найти напряженность магнитного поля.

Определение направления магнитного поля

Что касается направления магнитного поля, то оно также определяется и указывается направлением $SN$ вдоль свободно ориентированной в поле магнитной стрелки, то есть при незакрученной нити.

Таким образом, с помощью магнитной стрелки можно определить значение и
направление напряженности магнитного поля и не прибегать к отдельным магнитным полюсам, которых в природе не существует.

Конечно, если поле неоднородно, то есть его напряженность меняется от точки к точке, нужно применить достаточно короткую стрелку, иначе невозможно указать, какому месту поля соответствует измерение. Если стрелка короткая, то на всем ее протяжении поле можно считать однородным.

Из изложенного выше следует, что для измерения напряженности магнитного поля следует иметь эталонную магнитную стрелку, то есть стрелку с известным магнитным моментом (подобно тому, как для измерения напряженности электрического поля надо иметь эталонный электрический
заряд, а для измерения напряженности гравитационного поля – эталонную массу).

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме «Магнитная стрелка»