§ 53. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

Ранее мы изучали свойства поля вокруг одиночного проводника и витка. Теперь обратим внимание на конструкцию, приносящую практическую пользу в технике. Подобное устройство собирают из множества спиралей, плотно уложенных на цилиндрический диэлектрический каркас. Когда по спирали течёт ток, вокруг неё формируется магнитное поле. Если насыпать мелкие железные опилки, они мгновенно прилипнут к обоим торцам. Это доказывает, что токовая катушка превращается в полноценный магнит. Как только цепь разрывают, опилки беспорядочно осыпаются обратно, подтверждая зависимость поля от тока.

Чтобы точно определить конфигурацию силовых линий, используют компас или равномерно распределённые опилки. Как и в случае с петлей, линии образуют замкнутые контуры. Внутри пространства каркаса они идут параллельно, тогда как снаружи плавно изгибаются, замыкаясь на противоположном конце. Такое распределение повторяет картину поля обычного полосового магнита. Устройство обладает двумя полюсами, находящимися на торцах. Внешние линии выходят из северного конца и входят в южный (рис. 1: внутри катушки синие линии идут почти параллельно, а снаружи выгибаются дугой от полюса N справа к полюсу S слева). Две катушки притягиваются или отталкиваются точно так же, как обычные магниты, что упрощает расчёт их взаимодействия.

Для быстрого определения ориентации силовых линий внутри соленоида применяют правило правой руки. Нужно обхватить катушку ладонью так, чтобы четыре пальца указывали вдоль тока в витках. Тогда отставленный большой палец укажет на северный полюс, показывая направление поля внутри устройства. Зная направление тока, легко вычислить расположение полюсов.