Теория:
Постоянный магнит — изделие из материала, сохраняющего состояние намагниченности в течение длительного времени.
Постоянные магниты являются источниками постоянного магнитного поля.
Полюсами магнита называют его противоположные концы, на которых магнитная сила притяжения или отталкивания наибольшая. По аналогии с географическими, магнитные полюсы назвали северным магнитным полюсом \(N\) и южным магнитным полюсом \(S\).
Обозначение северного магнитного полюса происходит от английского слова north — север, южного — south, что значит юг. На рис. \(1\) северный полюс магнита обозначен красным цветом, а южный — синим. Раскрашивать магниты и стрелки могут и в другие цвета.
Рис. \(1\). Металлические опилки вокруг постоянного магнита
Более \(2500\) лет назад в окрестностях города Магнесия минерал, который притягивали железные предметы, назвали магнетитом.
Как взаимодействуют магниты?
Если учесть, что магнитная стрелка является маленьким постоянным магнитом, то и ориентироваться (поворачиваться) в магнитном поле она будет как постоянный магнит. Поэтому южный полюс одной магнитной стрелки притянется к северному полюсу другой стрелки (рис. \(2\)).
Рис. \(2\). Магнитные стрелки
Точно так же магнитная стрелка будет взаимодействовать и с магнитом.
Если поднести к магнитной стрелке магнит северным полюсом, то к нему притянется южный полюс магнитной стрелки. А если поднести к магнитной стрелке магнит южным полюсом, то притянется северный полюс магнитной стрелки (рис. \(3\)).
Рис. \(3\). Воздействие постоянного магнита на магнитную стрелку
Таким образом можно доказать, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются, а разноимённые магнитные полюсы притягиваются.
Это правило распространяется и на электромагниты.
Почему же взаимодействуют магниты?
Вокруг магнита существует магнитное поле. Поля двух магнитов взаимодействуют между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов.
Для визуализации магнитного поля постоянного магнита используют железные опилки.
На лист прозрачного пластика насыплем железные опилки и разровняем их, встряхнув лист. Затем поместим под листом дугообразный магнит. Железные опилки придут в движение и расположатся вдоль линий магнитного поля магнита (рис. \(4\)).
Рис. \(4\). Железные опилки на листе прозрачного пластика
В физике для исследования магнитного поля с точки зрения математического описания его свойств, выведения закономерностей используется геометрическое понятие «линия». Магнитное поле описывается термином «силовая линия», исходя из экспериментального факта возникновения силы со стороны поля. По причине отсутствия в природе магнитных зарядов силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, что определяет название магнитного поля как вихревого (рис. \(1\)).
Направление линий магнитного поля изображено на рисунках \(5\) и \(6\) для одноимённых и разноимённых полюсов постоянных магнитов.
Рис. \(5\). Магнитное поле между одноимёнными полюсами магнитов
Рис. \(6\). Магнитное поле между разноимёнными полюсами магнитов
Источники:
Рис. 3. Воздействие постоянного магнита на магнитную стрелку. © ЯКласс. Стрелки. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/demonstration-physical-study-identification-electromagnetic-field-1206649513. 2021-08-19.