Czym jest tajemnicze pole magnetyczne, powodujące przyciąganie lub odpychanie magnesów? Jeżeli próbowaliście już znaleźć odpowiedź w encyklopediach, artykułach naukowych czy podręcznikach pewnie już zorientowaliście się, że trudno jest znaleźć łatwe do zrozumienia i jednocześnie poprawne wytłumaczenie czym jest pole magnetyczne. Spróbuje Wam pomóc.
1. Pole magnetyczne po prostu
Najprostsza definicja pola magnetycznego czasami używana w szkole podstawowej odpowiada na pytanie gdzie jest pole magnetyczne a gdzie go “nie ma”:
Pole magnetyczne to właściwość przestrzeni, w której na umieszczoną igłę magnetyczną działają siły magnetyczne.
Igła magnetyczna to nic innego jak mały, łatwo obracający się magnes – znany nam z choćby z kompasu. Jeżeli zbliżymy ją do innego magnesu obróci się wskazując biegun północny tego magnesu. A więc możemy użyć igły magnetycznej aby ustalić gdzie jest pole magnetyczne i jaki ma kierunek a gdzie pola magnetycznego “nie ma”.
Jak wyobrazić sobie pole magnetyczne? Pola magnetycznego nie zobaczymy gołym okiem ale możemy je wykryć. Jeżeli zbliżymy magnes do rozsypanych opiłków żelaza zobaczymy, że układają się one w linie przebiegające od bieguna południowego do północnego. Im oddziaływanie magnesu jest silniejsze (na jego końcach) tym linie te są gęstsze.
2. Pole magnetyczne formalnie
Uproszczona definicja powyżej jest może łatwa w zrozumieniu ale niewiele mówi o kierunku oddziaływań magnetycznych i ich sile. To dlatego formalne źródła używają definicji, wykorzystującej pojęcie pola wektorowego:
Pole magnetyczne to pole wektorowe, które opisuje oddziaływanie sił magnetycznych (w pobliżu magnesów, przewodnika z prądem oraz zmiennego pola elektrycznego).
Co to jest pole wektorowe? To przyporządkowanie każdemu punktowi przestrzeni wielkości wektorowej (czyli takiej, która posiada wartość i zwrot). A w praktyce? Wyobraźmy sobie, że powierzchnie kuli ziemskiej pokrywamy chorągiewkami (czy wiatrowskazami), które pokażą nam kierunek oraz siłę wiatru. Tak otrzymamy pole wektorowe wiatrów na Ziemi.
Podobnie, pole magnetyczne to pole wektorowe, które dla każdego punktu w przestrzeni opisuje nam zwrot oraz wartość oddziaływania sił magnetycznych (czyli “jednym” słowem natężenie pola). W szkole średniej omawiane są dwa typy magnetycznego pola wektorowego:
- Podstawym typem pola magnetycznego jest B, nazywane strumieniem indukcji magnetycznej lub polem magnetycznym B. Opisuje ono natężenie pola magnetycznego uwzględniając właściwości magnetyczne ciała a więc nadaje się do opisu pola magnetycznego nie tylko w przestrzeni otaczającej ciała ale i wewnątrz ciał.
- Pomocniczym typem pola magnetycznego jest H, nazywane historycznie natężeniem pola magnetycznego (nazwa ta została zajęta przed odkryciem B) lub polem magnetycznym H. Opisuje ono natężenie pola magnetycznego poza ciałem.