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

Зміст

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 (лінії паралельні, щільність однакова).
2. У точках $A$ та $B$ вектор $\vec{B}$ спрямований вертикально вгору.
3. Магнітна індукція в точках однакова: $B_A = B_B$.

Випадок б:

1. Поле є однорідним (знаки «точки» позначають однакову густоту поля).
2. У точках $A$ та $B$ вектор $\vec{B}$ напрямлений перпендикулярно до площини рисунка на нас (до спостерігача).
3. Магнітна індукція в обох точках однакова: $B_A = B_B$.

Випадок в:

1. Поле є неоднорідним (лінії викривлені та їхня густота змінюється).
2. У точці $A$ вектор $\vec{B}$ спрямований уздовж дотичної вліво-вгору, а в точці $B$ — управо-вгору.
3. Оскільки біля точки $B$ лінії розташовані густіше, ніж біля точки $A$, то магнітна індукція поля більша в точці $B$ ($B_B > B_A$).

2. Чому сталеві віконні ґрати можуть із часом намагнітитися?

Відповідь: Сталеві ґрати перебувають нерухомо протягом багатьох років у постійному магнітному полі Землі. Під його тривалою дією сталь (феромагнетик) зазнає внутрішнього переорієнтування магнітних доменів і поступово намагнічується.

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?

Розв’язання:

1. Так, магнітне поле існує в усьому просторі навколо магнітів, зокрема й у точці $A$.
2. У точці $B$ вектор індукції напрямлений по дотичній до лінії — вліво-вгору. У точці $C$ магнітна лінія йде строго вліво (від полюса $N$ до полюса $S$), отже, вектор $\vec{B}$ спрямований горизонтально вліво.
3. Щільність магнітних ліній найбільша в точці $C$ (безпосередньо між полюсами), тому магнітна індукція є найбільшою в точці $C$.
4. Усередині магнітів вектори магнітної індукції спрямовані 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?

Відповідь:

• Джерелом магнітного поля виступає дугоподібний (підковоподібний) магніт або пара брускових магнітів, розташованих різнойменними полюсами один навпроти одного.
• За зображенням помітно, що магнітні лінії мають криволінійну форму, а їхня густота суттєво різниться біля полюсів та далеко від них, отже, 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?

Відповідь: У приполярних областях лінії магнітної індукції Землі входять у поверхню планети практично вертикально. Через це магнітна стрілка прагне нахилитися вниз, її притискає до опори, і вона втрачає можливість вільно повертатися в горизонтальній площині для вказування сторін світу.

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

Відповідь:
Магнітне поле Землі виконує роль захисного щита (магнітосфери), відхиляючи смертоносні потоки сонячного вітру та галактичних космічних променів. Якби магнітне поле зникло:

1. Потужне іонізуюче випромінювання поступово знищило б озоновий шар і здуло атмосферу планети.
2. Радіаційний фон поверхні сягнув би критичного рівня, що зробило б неможливим існування більшості форм життя.
3. Зникла б можливість природної навігації для мігруючих птахів, риб і комах.