Pole magnetyczne

W typowym podręczniku szkolnym tzw. starej daty da się zapewne wyczytać taką oto definicję pola magnetycznego: Polem magnetycznym nazywamy obszar, w którym działają siły magnetyczne. 

Niestety, definicja ta zbyt poprawną nie jest. Pole to nie obszar, tylko coś z tym obszarem związanego, to raczej pewna właściwość owego obszaru i zawartych w nim obiektów. Sam fenomen "pola fizycznego" jest tajemniczy i wciąż nie do końca wyjaśniony. Mamy tu do czynienia z bardzo szczególnym rodzajem oddziaływania, zachodzącym na odległość, powiązanym z obecnością cząstek naładowanych, magnesów, czy przewodników, w których płynie prąd elektryczny. W takim środowisku pojawiają się dodatkowe siły, dość odmienne od, omawianych w innym rozdziale, sił elektrycznych, choć pokrewne tym ostatnim.  Siły te nazywane są właśnie siłami magnetycznymi.

Tu warto chyba zasygnalizować, ze bardziej zaawansowaną wiedzę o magnetyzmie dokładają: teoria elektromagnetyzmu Maxwella, teoria względności Einsteina, i kwantowe właściwości cząstek. Na tym etapie nie będziemy jednak tych teorii rozważali, bo póki co chcemy najpierw jakoś wystartować z wiedzą magnetyzmie, a nie od razu wskakiwać na uniwersytecki poziom fizyki.

Po czym można poznać, że w jakimś miejscu działają siły magnetyczne?

To pytanie postawimy sobie na początek, bo chyba najlepiej jest poznawać pole magnetyczne, koncentrując się na problemie jak odróżnia się obecność pola w przestrzeni, od braku tegoż pola. Później, gdy już będziemy wiedzieli, gdzie tego pola szukać, zajmiemy się szczegółami...

Pierwszy detektor pola magnetycznego - igła magnetyczna

Zwykle do wykrywania pola magnetycznego używa się małego, lekkiego magnesu uformowanego w kształt igły magnetycznej. Końce igły magnetycznej są pomalowane najczęściej na kolor czerwony i niebieski.

Igłą magnetyczną może być nawet kawałek namagnesowanego drutu.  Jednak aby ona działała, tak jak potrzeba do naszego celu, powinien być spełniony jeszcze jeden warunek – igła musi mieć możliwość lekkiego obracania się. Opory ruchu podczas obrotu powinny być naprawdę bardzo małe. Aby to osiągnąć można taką igłę umieścić na wodzie na malutkim „stateczku” (stosunkowo mało wygodny w dalszym użyciu sposób), albo (co jest zwykle wygodniejsze) można podeprzeć na czubku jakiegoś szpikulca dokładnie w środku ciężkości. Jeśli szpilka ma ostry koniec, to opory podczas obracania będą niewielkie i nawet nieduża siła magnetyczna spowoduje przekręcenie się igły.

Podsumowując - teraz już wiemy, że pole magnetyczne jest takie taka właściwość przestrzeni, że umieszczone w niej igły magnetyczne będą miały skłonność do obracania się, lub do utrzymywania stałego kierunku, mimo próby wytrącania ich z początkowego ustawienia.

 Drugi detektor pola magnetycznego - poruszające się ładunki

Okazuje się, że pole magnetyczne można wykrywać nie tylko za pomocą igły magnetycznej. Pole to działa także na poruszające się (!) cząstki naładowane, albo na przewodniki z prądem (w których przecież poruszają się ładunki). Dlatego pole magnetyczne można wykrywać też badając siłę działającą na ładunki elektryczne. Ale więcej o tym zjawisku napiszemy w kolejnych rozdziałach. 

W kolejnym rozdziale zrobimy jednak małą dygresją, która ułatwi w przyszłości odwoływanie się do pola magnetycznego. Aby jakoś wyobrażać sobie owo pole, naukowcy posługują się sprytnym obrazem graficznym - rysują je w postaci linii. I o tym można przeczytać w następnym rozdziale. 

Michał Dyszyński - ostatnie poprawki 29.05.2014