Номер 1, страница 183 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

1. Каким образом можно создать магнитное поле?

Магнитное поле — это силовое поле, которое создается движущимися электрическими зарядами, переменными электрическими полями, а также телами, обладающими собственным магнитным моментом. Существует три фундаментальных способа создания магнитного поля.

1. Движущиеся электрические заряды (электрический ток)

Любой электрический ток, представляющий собой упорядоченное движение заряженных частиц (например, электронов в металлическом проводнике), создает в окружающем пространстве магнитное поле. Это явление было экспериментально открыто Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году. Сила и конфигурация магнитного поля зависят от величины тока и формы проводника. Классическими примерами являются:

- Прямой провод с током, вокруг которого создается поле с линиями магнитной индукции в виде концентрических окружностей.

- Соленоид (катушка), который при пропускании тока создает внутри себя сильное и практически однородное магнитное поле. Такие устройства называются электромагнитами. Магнитная индукция $B$ внутри длинного соленоида определяется формулой $B = \mu_0 n I$, где $I$ — сила тока, а $n$ — число витков на единицу длины.

2. Переменные во времени электрические поля

Согласно теории электромагнетизма, разработанной Джеймсом Клерком Максвеллом, магнитное поле порождается не только движущимися зарядами (током проводимости), но и любым изменением электрического поля во времени. Такое изменяющееся электрическое поле создает так называемый ток смещения. Этот принцип является одним из ключевых в уравнениях Максвелла. Например, в обобщенном законе Ампера-Максвелла:

$\nabla \times \vec{B} = \mu_0 \left( \vec{J} + \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \right)$

член $\varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}$ описывает вклад изменяющегося электрического поля $\vec{E}$ в создание магнитного поля $\vec{B}$. Этот механизм лежит в основе существования электромагнитных волн (свет, радиоволны), в которых переменные электрическое и магнитное поля непрерывно порождают друг друга, распространяясь в пространстве.

3. Собственный (внутренний) магнетизм элементарных частиц

На уровне квантовой механики выяснилось, что элементарные частицы, такие как электроны, протоны и нейтроны, обладают собственным магнитным моментом. Это внутреннее свойство, не связанное с их орбитальным движением, называется спином. Таким образом, каждая такая частица сама по себе является микроскопическим магнитом. В большинстве веществ магнитные моменты частиц ориентированы хаотично, и их поля взаимно компенсируются. Однако в материалах, называемых ферромагнетиками (железо, никель, кобальт), спиновые моменты электронов могут выстраиваться в одном направлении в пределах макроскопических областей (доменов). Если внешним полем сориентировать эти домены, материал становится постоянным магнитом и сам создает сильное магнитное поле.

Ответ: Магнитное поле можно создать тремя основными способами: 1) с помощью движущихся электрических зарядов (электрического тока); 2) посредством изменяющегося во времени электрического поля; 3) за счет внутреннего магнитного момента элементарных частиц (спина), который является причиной существования постоянных магнитов.