磁的基本概念

观察与思考

我们知道，磁铁会吸引小磁针，使它的方向发生偏转，通电导体也会吸引小磁针，使之方向发偏转如图5－1－1所示。当用磁铁的两端或中间吸引小磁针时，可以发现磁铁对小磁针产生的作用力是不同的。减小或增大通电导体中的电流时，同样可以发现其对小磁针产生的作用力是不同的。为什么磁铁或通电导体与小磁针没有直接接触，却能产生力呢？为什么磁体的位置不同、导体的通电电流不同，对小磁针产生的作用力是不一样的呢？

图5－1－1　通电导体吸引小磁针

原来，在磁体或通电导体的周围存在着磁场。小磁针在不同位置受到的作用力不同，说明不同位置磁场的强弱不同。通过本模块任务的学习，我们可以了解磁场的相关知识。

一、磁体、磁极与磁场

1．磁体

某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁铁有条形磁铁、蹄形磁铁和针形磁铁等，如图5－1－2所示。

图5－1－2　常见的人造磁铁

2．磁极

磁铁两端磁性最强的区域叫磁极。任何磁铁都有两个磁极，一个叫南极，用S表示；一个叫北极，用N表示。两个磁铁的磁极之间存在着相互作用力，同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。

3．磁场

磁极之间的相互作用力是通过磁极周围的磁场传递的。磁场是磁体周围存在的特殊物质。磁场是有方向的，在磁场中某点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点磁场的方向。

4．磁感线

为了形象地描述磁场的特点，我们引入了磁力线，磁力线也叫磁感线。磁力线具有以下几个特征：

1）磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。

2）磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向，即小磁针在该点静止时的N极指向。

3）磁力线疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密集，表示磁场越强，磁力线越稀疏，表示磁场越弱。

图5－1－3　条形磁铁与蹄形磁铁的磁感线

二、电流的磁效应

磁铁并不是产生磁场的唯一物质。把小磁针放在通电导线周围，磁针会发生偏转，如图5－1－1所示。这一实验现象表明，电流能够产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。

（1）通电直导体产生的磁场

通电直导体周围磁场的磁力线是一系列以导体为圆心的同心圆，并且在与导体垂直的平面上。其方向可以用安培定则（右手螺旋定则）来判定。其方法是：右手握住导线并把大拇指伸开，用大拇指指向电流方向，那么其他四指环绕方向就是磁场方向，如图5－1－4所示。

实验证明：通电直导体周围磁场的强弱与电流强度有关，电流越大，磁场越强。空间某一点磁场强弱与距离通电导体的远近有关，距离导体越近磁场就越强。

（2）通电螺线管产生的磁场

把导线一圈圈紧密绕制在空心圆筒上制成螺线管，通电后，由于每匝线圈产生的磁场相互叠加，因而在内部能产生较强的磁场。通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场相似，一端为N极，另一端为S极。其磁力线的方向也可以用安培定则来确定。其方法是：用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向方向与电流方向一致，那么大拇指所指方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的N极，如图5－1－5所示。

图5－1－4　通电直导线的磁场方向

图5－1－5　通电螺线管的磁场方向

想一想　做一做

如右图所示的通电直导线周围是否存在着磁场？若存在磁场的话，磁场的方向如何？请画出磁场方向。

思考与练习

1．电流周围存在着磁场，这种现象称为－。

2．通电导线周围的磁场方向与电流的关系可以用－来判定。

3．如右图所示，根据已标明的通电线圈的N极和S极，判断线圈中的电流方向。

实践活动

制作简易电磁铁。准备一个大的铁钉或者一根铁棒，一段漆包线，一节电池。然后把漆包线一圈一圈地绕在铁钉上，给漆包线通电后，铁钉或铁棒就能吸起小铁钉，一个简易的电磁铁就制作完成了。