Magnesy trwałe są nam dobrze znane z doświadczeń codziennych i z gimnazjum. Zwykle mają kształt sztabki lub podkowy (il. 3.1). W tym rozdziale poznamy ich ważne własności.

Wiemy, że magnesy oddziałują na siebie wzajemnie siłami magnetycznymi w taki sposób, że ich końce przyciągają się lub odpychają w zależności od tego, czy zbliżamy je do siebie biegunami różnoimiennymi, czy jednoimiennymi. Jeden z biegunów nazywamy biegunem północnym i oznaczamy go jako $N$, a drugi – biegunem południowym, oznaczanym jako $S$.

Bieguny magnetyczne mają tę własność, że nie można ich rozdzielić. Jeżeli przełamiemy sztabkę magnesu na dwie części, to każda z nich będzie miała na swoich końcach przeciwne bieguny. Jeżeli te części będziemy dalej dzielić, każda część będzie obdarzona w dalszym ciągu dwoma nierozdzielnymi różnoimiennymi biegunami (il. 3.2). Nikomu, jak dotychczas, nie udało się otrzymać pojedynczych biegunów magnetycznych.

Magnesy trwałe występują zawsze w postaci dipoli. Jeżeli małe opiłki żelaza umieścimy w pobliżu magnesu, namagnesują się w taki sposób, że same staną się dipolami magnetycznymi i ustawią wzdłuż pola magnetycznego. Dzięki temu możemy uwidaczniać kształt linii pól magnetycznych. Na il. 3.3a widzimy obraz pola sztabki.

Na (il. 3.3b) pokazano schematyczny przebieg linii pola magnetycznego magnesu sztabkowego. Warto zauważyć, że gdybyśmy chcieli zobrazować przebieg linii wewnątrz magnesu, to stwierdzilibyśmy (il. 3.3a), że biegną one tak, by każda linia była zamknięta. Widzimy więc, że bieguny magnetyczne nie są specyficznymi punktami, lecz raczej obszarami, w których występuje swoiste zagęszczenie linii pola.

Pole magnetyczne definiujemy jako modyfikację właściwości przestrzeni. Modyfikacja ta polega na tym, że na dipole magnetyczne w tej przestrzeni działają siły. Przyjmujemy, że zwrot linii pola jest ustawiony od bieguna północnego $N$ do bieguna południowego $S$ na zewnątrz magnesu, zaś od $S$ do $N$ wewnątrz magnesu – il. 3.3b.

Przekonamy się później, że pole magnetyczne można zdefiniować w jeszcze inny sposób. Na razie, w następnym podrozdziale dowiemy się, że pole magnetyczne mogą wytwarzać nie tylko magnesy trwałe, ale również przewodniki z prądem elektrycznym.

Pytania i problemy

1. Zdefiniuj pole magnetyczne.
2. Wytłumacz, w jaki sposób doświadczalnie można określić kształt linii pola magnetycznego.
3. Korzystając z analogii do pola elektrostatycznego, narysuj przebieg linii pola magnetycznego w obszarze między dwoma biegunami magnetycznymi a) różnoimiennymi, b) jednoimiennymi.
4. Omów podobieństwa i różnice między układem linii pola elektrycznego a układem linii pola magnetycznego, przedstawionym na il. 3.3b.