Магнитное поле. Все о магнитах :: Класс!ная физика

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле — это особый вид материи, невидимый и неосязаемый для человека,
существующий независимо от нашего сознания.
Еще в древности ученые-мыслители догадывались, что вокруг магнита что-то существует.

Магнитная стрелка.

Магнитная стрелка – это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока.
Она представляет из себя маленький магнит, установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный .Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы.
Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на «север».
Линия, соединяющая полюсы магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки.
Аналогичная магнитная стрелка есть в любом компасе — приборе для ориентирования на местности.

Где возникает магнитное поле?

Опыт Эрстеда ( 1820г.) — показывает, как взаимодействует проводник с током и магнитная стрелка.

При замыкании эл цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения, при размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое первоначальное положение.

В пространстве вокруг проводника с током (а в общем случае вокруг любого движущегося электрического заряда) возникает магнитное поле.
Магнитные силы этого поля действуют на стрелку и поворачивают ее.

В общем случае можно сказать,
что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

ЧИТАЕМ !

Часы и магнит.
«Шаттл» на магнитной тяге.
Сражение марсиан с земножителями.

Тайны магнита.

Устали? — Отдыхаем!

Магнитное поле

Для правильного понимания особенности и характеристики магнитного поля, необходимо дать определения многих физических явлений. При этом заранее нужно вспомнить и определить, что является силовой спецификой магнитного поля. Важно понимать, что подобный процесс можно наблюдать не только у магнитов.

Рисунок 1. Магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Определение 1

Магнитное поле – это определенная материальная среда, через которую происходит постоянное взаимодействие между проводниками с током или движущимися зарядами элементарных частиц.

В настоящее время физики выделяют такие основные характеристики магнитного поля. Этот процесс появляется вокруг абсолютно любого проводника с током.

Магнитное поле влияет на действие любого проводника с током, который в результате такого воздействия начинает двигается в сторону постоянной силы, а замкнутый в кольцо проводник поворачивается на определенный угол.

Замечание 1

Данное поле не имеет границ, однако его действие может падать при увеличении общего расстояния от проводника с током, поэтому это взаимодействие невозможно обнаружить на больших расстояниях.

Взаимодействие токов в магнитном поле завершается с конечной скоростью в м/с.

Возникновение поля

Для того, чтобы понять принцип действия магнитного поля, стоит для начала описать его возникновение. Указанное физическое явление возникает в ходе трансформации заряженных частиц и может воздействовать на движущиеся электрические заряды, в частности на токопроводящие элементы.

Готовые работы на аналогичную тему

Взаимосвязь между магнитным полем и перемещающимися зарядами и проводниками, по которым систематически течет ток, происходит посредством сил, называемыми электромагнитными. Интенсивность или силовую специфику магнитного поля в конкретной пространственной точке можно более точно определить с помощью постоянной индукции, которая обозначается символом В.

Линии индукции помогают представить весь процесс и его особенности в графической форме, которая предоставит все нюансы этой системы. Таким определением называют определенные линии, касательные которых абсолютно в любой точке совпадают с направлением основного вектора в магнитном процессе. Названные пути входят в характеристику поля и используются для точного установления его интенсивности и направленности. Чем выше насыщенность магнитного поля, тем больше указанных линий будет включено в работу.

Магнитные линии

Магнитные линии у прямолинейных элементов с высокой проводимостью тока имеют форму плотной концентрической окружности, центр которой находится на оси определенного проводника.

Замечание 2

Направление этих показателей возле проводников можно определить по правилу буравчика, которое интерпретируется следующим образом: если буравчик расположить так, что он будет постоянно ввинчиваться в движущийся проводник по направлению тока, тогда курс обращения самой рукоятки будет совпадать с назначением магнитных линий.

Правильное определение неоднородности и однородности является главной характеристикой магнитного поля. Эти составляющие, которые создаются при равных условиях одним током, будут иметь неоднозначную направленность и интенсивность в различных пространствах из-за движущихся магнитных свойств в данных веществах. Магнитная специфик окружающей среды характеризуются стабильной проницаемостью магнитов и измеряется физиками в генри на метр (г/м). В свойства исследуемого поля также можно отнести абсолютную магнитная проницаемость пустоты, которая называется магнитной постоянной.

Определение 2

Магнитная проницаемость – это определенное значение, которое определяет, как часто абсолютная магнитная проницаемость пространства будет отличаться от постоянной, относительной проницаемостью магнитов.

Магнитное поле оказывает непосредственное влияние на:

• изменяющиеся электрические заряды;
• вещества, посредством которых определяют проницаемость поля;
• постоянные магниты – подразумевающие общий магнитный момент всех заряженных частиц.

В магнитном процессе силовые линии возникают при сближении стабильного магнита к бумажному листу, на который необходимо насыпать слой железных опилок.

Изменения магнитных свойств материалов

При увеличении постоянства силы тока до полноценного насыщения в катушке с ферромагнитным элементами и последующим ее исчезновением, кривая намагничивания не может совпадать с линией размагничивания. С нулевой, невидимой напряженностью индукция в такой среде не будет иметь значение, а получит некий показатель, именуемый в физике остаточной магнитной индукцией.

Ситуацию с уменьшением индукции в магнитном поле от намагничивающей интенсивности физики называют гистерезисом. Для полного размагничивания процесса в элементах сердечника необходимо предоставить обратной направленности ток, с помощью которого появится элемент напряженности. Для разных ферромагнитных частиц важен отрезок различной длины. Значение, при котором будет осуществляться конечное размагничивание материала, именуется коэрцитивной силой.

При дальнейшем повышении действия тока в катушке магнитная индукция начинает увеличиваться до уровня насыщения, однако с абсолютно другими направлениям линий. При полном размагничивании в противоположном направлении возможно получить остаточную индукцию, которая используется при разработке постоянных магнитов из элементов с большим коэффициентом остаточного магнетизма. С помощью имеющих способность к перемагничиванию веществ ученые создают создаются сердечники для электрических приборов и машин.

Свойства магнитного поля

Рисунок 2. Свойства магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Ключевым преимуществом и свойством магнитного поля считается относительность. Если данный критерий оставить в заряженном теле недалеко от системы отсчета и расположить по соседству магнитную стрелку, то она начнет указывать на север, и при этом не «увидит» стороннего поля, кроме поля нашей планеты. А если заряженное током тело будет двигаться возле указанной стрелки, то вокруг вещества возникнет магнитное поле.

Источники магнитного поля можно разделить на такие составляющие:

• электрическое пространство, меняющееся во времени;
• подвижные и постоянные заряды;
• заряженные током магниты.

В детстве многие были знакомы с магнитами, которые использовались в качестве игрушек, притягивающих к себе различные металлические детали. Их прикрепляли к холодильнику или же они были встроены в различные детские безделушки.

Электрические заряды, находящиеся в движении, чаще всего имеют намного больше магнитной энергии, если сравнить их с постоянными магнитами. Ученые установили причину, по которой физические тела получают определенные магнитные свойства. Согласно теории исследователей, внутри всех веществ есть электрические токи, имеющие микроскопическую величину. Электрон оснащен своим магнитным значением и имеет квантовую природу движения по орбите в атомах.

Магнитное поле способно влиять и воздействовать на меняющийся электрический ток. Его возможно обнаружить, если тестировать движение всех заряженных электронов. В магнитном процессе частицы с зарядом отклонятся, в результате чего проводники с движущимся током начнут уменьшаться.

Замечание 3

Данное явление не может быть воспринято человеческими органами, так как его реально зафиксировать только посредством соответствующих датчиков и приборов.

Магнитное поле бывает постоянного и переменного вида, а создается с помощью определенных индикаторов, функционирующих от переменного тока. Постоянное поле возникает только в неизменным электрическим полем.

Коэффициент такой пропорциональности называется индуктивностью основного проводника и обозначает возможность элемента создавать потокосцепление при трансформации электричества в силу тока, расположенную в контуре магнитного потока. Вышеуказанные определения и процессу помогают понять, что же собой представляет магнитное поле.

Магнитное поле 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Магнитное поле

Магнитное поле – еще один вид материи, аналогичный электрическому полю. Магнитное поле создается магнитами и токами и действует на магниты и токи.

Наверняка вы сталкивались с магнитами:

• На магниты крепят картинки к холодильнику
• Наконечник отвертки часто делают магнитным
• Из магнитов делают компас.

Магниты притягивают металлические предметы, а также взаимодействуют друг с другом. Это постоянные магниты. Они проявляют магнитные свойства без каких-либо затрат энергии.

Существуют также электромагниты. Они представляют собой спираль из проводника и проявляют магнитные свойства только при включении тока.

Оба типа магнитов – это проявления магнитного поля.

Магнитное поле описывается вектором индукции магнитного поля B ⇀.

Как и в случае с электрическим полем, для описания магнитного поля нужно задать вектор индукции магнитного поля B ⇀ в каждой точке пространства. 

Индукция магнитного поля измеряется в Теслах: B ⇀[Тл]

Силовой линией магнитного поля называется направленная линия, касательная к которой в каждой точке направленна вдоль вектора индукции магнитного поля.

Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, в отличие от силовых линий электрического поля. Сколько магнитных линий выходит из магнита, столько же и входит.

У магнита выделяют так называемые северный и южный полюса. Силовые линии выходят из магнита в Северном полюсе и входят в него в Южном. Во внешнем магнитном поле магнит будет поворачиваться северным полюсом в направлении силовой линии этого поля.

Направление силовых линий определяется правилом буравчика: если крутить воображаемый винт в направлении силовых линий магнитного поля, то он будет закручиваться в направлении тока.

Это же правило буравчика позволяет определить направление магнитного поля электромагнита. В рамке с током каждая из сторон рамки создает свое поле, направленное по правилу буравчика. Вместе они создают характерную картину силовых линий электромагнита.

Если магниты сблизить их разноименными полюсами, то они будут притягиваться, если одноименными – отталкиваться.

Металлические предметы становятся магнитами под воздействием внешнего магнитного поля. Поэтому магнит и притягивает металлы: он сначала превращает их в магниты, а потом притягивает.

Чтобы визуализировать магнитное поле, нужно рассыпать магнитную стружку вблизи магнита. Под действием магнитного поля стружка примет упорядоченную форму, и в ней будут отчетливо видны силовые линии магнитного поля

Физика в опытах. Часть 2. Электричество и магнетизм

Наглядно – интересно – просто – понятно!

Данный курс представляет собой серию физических опытов и экспериментов. Демонстрацию физических явлений проводит незаурядный преподаватель, доцент кафедры общей физики НИЯУ «МИФИ» — Валериан Иванович Гервидс, глубокие знания и огромный преподавательский опыт которого делает курс «Физика в опытах. Электричество и магнетизм» уникальным. Курс состоит из девяти модулей по основным разделам: Электрическое поле, Проводники в электрическом поле, Энергия электрического поля, Постоянный электрический ток, Магнитное поле, Магнитное поле в веществе, Электромагнитная индукция, Квазистационарные токи, Электрический ток в газах. В его основе этого курса лежат 64 опыта, в которых объясняются различные физические явления. Зачем изучать этот курс? • Физика – наука экспериментальная. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать или прочитать! • Именно эксперименты позволяют продемонстрировать и легко понять и простые, и сложные аспекты, которые традиционно преподаются в виде теоретического материала и математических моделей • Курс поможет Вам научиться использовать: o эксперимент как способ постановки вопроса, o эксперимент как инструмент изучения физического явления o эксперимент как форму ответа на вопрос • Очень часто достаточно «простые» физические вопросы имеют неожиданные ответы, которые зависят от конкретных условий проведения эксперимента. Демонстрация таких опытов и объяснение полученных в них результатов могут оказаться чрезвычайно интересными • Вы сможете увидеть применение изучаемых физических явлений в жизни, в технике и в быту • Изучая этот курс, вы восполните нехватку времени на экспериментальную, «живую» физику, которая ощущается в обычном учебном процесс Чему учит этот курс? • Пониманию широкого круга как простых, так и сложных физических явлений и процессов по тематике соответствующих разделов • Применению физических закономерностей для анализа различных физических явлений и процессов • Навыкам использования эксперимента • Базовым знаниям по физике будущих инженеров и специалистов в различных областях деятельности. Для кого этот курс? • Для тех, кто изучает физику, и хочет прояснить для себя различные вопросы (в школе, в вузе) • Для тех, кто преподает физику (в школе, в вузе) • Для тех, кто использует физику в своем рабочем процессе (инженеры, программисты и т.д.) • Для тех, кому это просто интересно

Электромагнитное поле | Физика

К середине XIX в. в физике накопилось достаточно много сведений об электрических и магнитных явлениях. Эти сведения требовали систематизации и сведения в единую теорию. Такая теория была создана выдающимся английским физиком Джеймсом Максвеллом. Ее основные положения были опубликованы в 1864 г. в работе «Динамическая теория электромагнитного поля». Именно в этой работе впервые появился сам термин «электромагнитное поле».

Согласно теории Максвелла, переменные электрические и магнитные поля не могут существовать по отдельности: изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле. А раз эти поля всегда существуют вместе, то, значит, они образуют единое целое — электромагнитное поле.

Установив это, Максвелл предсказал существование электромагнитных волн. Электромагнитными волнами называют распространяющиеся возмущения (или колебания) электромагнитного поля.

Максвелл не дожил до открытия электромагнитных волн. Доказать их существование удалось лишь в 1888 г. немецкому физику Генриху Герцу.

Причины возникновения электромагнитных волн можно понять из следующего примера. Представим себе проводник, по которому идет электрический ток. Если этот ток постоянен, то существующее вокруг проводника магнитное поле также будет постоянным. При изменении силы тока магнитное поле изменится: при увеличении тока это поле станет сильнее, при уменьшении слабее. Возникнет, как принято говорить, возмущение электромагнитного поля. Что будет дальше? Переменное магнитное поле создаст изменяющееся электрическое. Это электрическое поле породит переменное магнитное. То, в свою очередь, снова электрическое и т. д. Возмущение электромагнитного поля начнет распространяться от своего источника (проводника с переменным током), захватывая все большие и большие области пространства. Это и означает, что в пространстве вокруг проводника появятся электромагнитные волны.

Поддерживая в проводнике переменный ток, который периодически изменяется по величине и направлению, можно непрерывно излучать электромагнитные волны. Последние в этом случае будут представлять собой распространяющиеся колебания электромагнитного поля (изменения поля, при которых оно становится то сильнее, то слабее, периодически изменяя свое направление).

Проводник с переменным током, излучающий электромагнитные волны, называется антенной. Если на некотором расстоянии от излучающей антенны поместить другой проводник, то его можно использовать в качестве приемной антенны. Дойдя до приемной антенны, электромагнитная волна приведет в движение находящиеся в ней свободные электроны, и в ней возникнет переменный ток, изменяющийся с той же частотой, что и ток в излучающей антенне. На этом свойстве основана радиосвязь — передача и прием информации с помощью электромагнитных волн.

В отличие от упругих волн электромагнитные волны способны распространяться не только в различных средах, но и в вакууме. Скорость электромагнитных волн в вакууме принято обозначать латинской буквой c:

c = 299792 км/с ≈ 300000 км/с.

Скорость электромагнитных волн v в веществе всегда меньше, чем в вакууме:

v < c.

В воздухе скорость электромагнитных волн можно считать равной c, так как разность между ними очень мала. В воде электромагнитные волны распространяются примерно в 1,3 раза медленнее, чем в вакууме, в стекле — в 1,5 раза медленнее.

Как и для любых других волн, для электромагнитных волн справедливо соотношение, связывающее их скорость v с длиной волны λ и ее частотой ν:

v = λν      (28.1)

Под частотой электромагнитной волны понимают частоту колебаний электромагнитного поля в ней; она обратно пропорциональна периоду T колебаний:

ν = 1/T      (28.2)

При переходе электромагнитной волны из одной среды в другую ее период и частота остаются неизменными; меняется лишь скорость и длина волны.

??? 1. Какие факты указывают на то, что переменные электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитное поле? 2. Что называют электромагнитными волнами? 3. Опишите процесс возникновения электромагнитной волны. 4. Что представляет собой радиосвязь? На чем она основана? Какое устройство следует подключить в цепь передающей антенны, чтобы можно было передавать информацию с помощью азбуки Морзе? 5. Чему равна скорость электромагнитных волн в вакууме? Как она обозначается? 6. Напишите формулу, связывающую скорость электромагнитной волны с частотой и длиной волны. 7. Какие из перечисленных ниже величин меняются при переходе электромагнитной волны из одной среды в другую: скорость волны, частота волны, длина волны, период волны? 8. Как изменяется длина электромагнитной волны при переходе из воздуха в воду: уменьшается или увеличивается? 9. Кто является автором теории электромагнитного поля?

Магнитное поле — Физика

О магнитном поле

Магнитное поле (МП) это то, что существует в области пространства, в которой на электрически нейтральный проводник с током действует сила, называемая магнитной. ИСТОЧНИКОМ МП является движущаяся электрически заряженная частица (заряд), которая создает также и электрическое поле.

Если вблизи одной движущейсяп заряженной частицы (заряда №1) будет находиться вторая движущаяся с такой же скоростью V заряженная частица (заряд №2), то на второй заряд будут действовать 2 силы: электрическая (кулоновская) и магнитная сила , которая будет меньше электрической в раз, где с – скорость света.

Для практически любых ПРОВОДОВ с током выполняется ПРИНЦИП КВАЗИНЕЙТРАЛЬНОСТИ: несмотря на наличие и движение заряженных частиц внутри проводника, любой (не слишком малый) его отрезок имеет нулевой суммарный электрический заряд. Поэтому между обычными проводами с током наблюдается только магнитное взаимодействие.

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ — характеристика силового действия МП на проводник с током, векторная величина, обозначаемая символом .

ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ — линии, в любой точке которых вектор индукции МП направлен по касательной.

Анализ взаимодействия движущихся зарядов с учетом эффектов теории относительности (релятивизма) дает выражение для индукции МП, создаваемого элементарным отрезком c током I , расположенным в начале координат (закон Био-Савара-Лапласа или Б-С-Л):

,

где — радиус-вектор точки наблюдения, — единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюдения, m₀ — магнитная постоянная.

МП подчиняется ПРИНЦИПУ СУПЕРПОЗИЦИИ: индукция МП нескольких источников является суммой индукций полей, создаваемых независимо каждым источником .

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ МП называется интеграл по замкнутому контуру от скалярного произведения индукции МП на элемент контура: .

ЗАКОН ЦИРКУЛЯЦИИ МП: циркуляция МП по замкнутому контуру L₀ пропорциональна суммарному току, пронизывающему поверхность S(L₀), ограниченную этим контуром L₀ . .

Закон Б-С-Л и принцип суперпозиции МП позволяют получить многие другие закономерности, в частности, индукцию магнитного поля прямого бесконечно длинного проводника с током: .

Линии магнитной индукции поля прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводнику, с центрами, расположенными на его оси.

Индукция МП на оси кругового контура (витка) радиуса R с током I на расстоянии r от центра: ,

где — МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ витка площадью S, — единичный вектор нормали к поверхности витка.

СОЛЕНОИДОМ называется длинная прямая катушка с током. Величина индукции МП вблизи центра соленоида меняется очень мало. Такое поле можно считать практически однородным.

Из закона циркуляции МП можно получить формулу для индукции МП в центре соленоида B = m₀In , где n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории. Рассмотрите внимательно рисунок, изображающий компьютерную модель. Найдите на нем все основные регуляторы и поле эксперимента. Зарисуйте необходимое в конспект.

ТАБЛИЦА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ							ТАБЛИЦА 2. Значения величины тока (не перерисовывать)
	r (см) =	2	3	…	10			Вариант	I1	I2	I3	I4
	1/r, м-1							1 и 5	5	10	15	20
	B1, Тл							2 и 6	-5	-10	-15	-20
	B2, Тл							3 и 7	-15	-10	5	10
	B3, Тл							4 и 8	-20	-15	-10	5
	B4, Тл

Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, за исключением второй строчки, содержание которой см. в следующем разделе.

ИЗМЕРЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТ 1.

1. Закройте окно эксперимента 3, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле прямого тока». Наблюдайте линии индукции МП прямого провода.
2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте величину тока, указанную в таблице 2 для вашего варианта.
3. Перемещая мышью «руку» вблизи провода, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси провода, указанных в таблице 1. Значения r и B_{занесите в табл.1. Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.}

ЭКСПЕРИМЕНТ 2.

1. Закройте окно эксперимента 1, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле кругового витка с током». Наблюдайте линии индукции МП кругового витка (контура).
2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте величину тока, указанную в таблице 2 для вашего варианта.
3. Перемещая мышью «руку» по оси витка, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси витка, указанных в таблице 1. Значения r и B_{занесите в табл.3, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь надо записать 1/(R²+r²)^3/2 (м^-3)). Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.}

ЭКСПЕРИМЕНТ 3.

1. Закройте окно эксперимента 2, нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите, дважды щелкнув мышью, следующий эксперимент «Магнитное поле соленоида». Наблюдайте линии индукции МП соленоида.
2. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора тока. Зафиксируйте величину тока, указанную в таблице 2 для вашего варианта.
3. Перемещая мышью «руку» по оси соленоида, нажимайте левую кнопку мыши на расстояниях r до оси соленоида, указанных в таблице 1. Значения r и B_{занесите в табл.4, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь не надо записывать ничего). Повторите измерения для трех других значений тока из табл.2.}

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Вычислите и запишите в таблицы 1, 3 и 4 значения для второй строки.
2. Постройте на одном листе графики зависимости индукции МП (B) прямого провода с током от обратного расстояния (1/r).
3. Постройте на втором листе графики зависимости индукции МП (B) на оси витка с током от куба обратного расстояния 1/(R²+r²)^3/2.
4. На третьем листе постройте графики зависимости индукции МП на оси соленоида от расстояния до его центра.
5. По тангенсу угла наклона графиков на первых двух листах определите постоянную, используя формулы для первого чертежа и для второго (площадь витка S = pR²).
6. Вычислите среднее значение магнитной постоянной.
7. Для магнитного поля соленоида при каждом токе определите протяженность Dr области однородности, в которой индукция меняется не более, чем на 10% от максимальной. Вычислите среднее значение области однородности.
8. Запишите ответы и проанализируйте ответ и график.

Вопросы и задания для самоконтроля

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое магнитное поле (МП)?
2. Назовите источники МП.
3. Какие силы действуют между движущимися зарядами?
4. Во сколько раз магнитная сила меньше электрической для двух движущихся точечных электрических зарядов?
5. Сформулируйте определение квазинейтральности проводов с током.
6. Какие силы и почему действуют между проводами с током?
7. Дайте определение линии индукции МП. Зачем их рисуют?
8. Запишите закон Био-Савара-Лапласа. В чем он похож на закон Кулона?
9. Сформулируйте принцип суперпозиции для МП.
10. Дайте определение циркуляции МП.
11. Сформулируйте и запишите формулу закона циркуляции МП.
12. Сформулируйте и запишите формулу для МП прямого провода с током.
13. Как выглядят линии индукции МП прямого провода с током?
14. Сформулируйте и запишите формулу для МП на оси кругового витка (контура) с током.
15. Что такое магнитный момент витка с током?
16. Какую форму имеет линия индукции, проходящая через центр витка с током?
17. Что такое соленоид и для чего он используется?
18. Чему равно магнитное поле в центре соленоида?
19. Является ли МП внутри соленоида точно однородным?
20. Как определить протяженность области однородности МП внутри соленоида, если задана точность?

Магнитное поле – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

• Участник: Обрезкова Алиса Сергеевна
• Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

Техника безопасности

1. Будьте внимательны, дисциплинированны, аккуратны, точно выполняйте указания учителя.
2. Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.
3. Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.
4. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.
5. Не держите на рабочем столе предметы, не требующиеся при выполнении задания.
6. Не устанавливайте на краю стола штатив, во избежание его падения.
7. После выполнения измерений электронным секундомером выключите его, отсоединив разъём.
8. Источник тока электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Не включать собранную цепь без проверки и разрешения учителя.
9. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
10. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводников были наконечники.
11. Не касайтесь руками мест соединений. Не использовать провода с нарушенной изоляцией. Все изменения в цепи производите после отключения источника тока.
12. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. После снятия показаний цепь разомкнуть. По указанию учителя разобрать цепь.
13. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
14. Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом учителю.
15. Берегите оборудование и используйте его по назначению.
16. При получении травмы обратитесь к учителю.

Введение

В своей работе по теме «Магнитное поле» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс.

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Выдвигаемая гипотеза: проверить на опытах предположение, что вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле, которое возможно имеет закономерность в направлении и связано с направлением тока.

Магнитные явления были известны ещё в древнем мире: компас был изобретён более 4000 лет назад, и к XII веку он стал известен в Европе. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется связь, были опыты датского физика Х.Эрстеда (1777-1851). В своём знаменитом опыте, описываемом ныне во всех школьных учебниках физики и проведённом в 1820 году, он обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку (то есть подвижный магнит).

Эрстед не только провёл свой опыт, но и сделал правильный вывод: «электрический конфликт не ограничен проводящей проволокой, а имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки». Переводя на современный язык, это можно понимать так: «действие тока есть не только внутри провода (его нагревание), но и вокруг (магнитное поле)».

Открытие Эрстеда вызвало необычайный интерес его современников-физиков и послужило началом ряда исследований, показавших сходство магнитного действия тока и действия постоянного магнита. Для поиска ответа проделаем опыт.

Опыт № 1. Дугообразный электромагнит

Возьму дугообразный электромагнит и закреплю его в штативе. Соединю катушки электромагнита через ключ с источником тока. Поднесу якорь к сердечнику и замкну ключ. Якорь притянулся к сердечнику. На крючок якоря буду подвешивать грузы 0,5 кг, потом 1 кг. Якорь не отрывается. Разомкну ключ, и грузы упадут.

Вывод из опыта № 1

Вокруг катушки с током существует магнитное поле. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки. Намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом. Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный. Электромагниты обладают большой подъемной силой.

4 мая 1825 года Вильям Стерджен (английский ученый) на заседании Британского общества ремесел продемонстрировал работу своего электромагнита. Это был согнутый в виде подковы железный стержень длиной 30 см и диаметром 1,3 см. На нем в один слой была намотана медная проволока, подключенная к химическому источнику тока. Электромагнит Стерджена удерживал груз, весом в 1,5 раза превосходящим вес самого магнита. При весе в 2 кг он поднимал металлический груз в 3,6 кг. На тот момент он был намного мощнее природных магнитов того же размера. Еще в 1823 году ученый на основе электромагнита построил «вращающееся колесо Стерджена» — по сути первую модель электромотора.

Стерджена, Джеймс Джоуль, экспериментируя с электромагнитом учителя, в том же 1825 году смог увеличить подъемную силу до 20 кг. С этого момента начинается своеобразная гонка между учеными по совершенствованию электромагнита и наращиванию его подъемной силы. Через семь лет после своего изобретения Уильям Стерджен создает электромагнит с подъемной силой в 160 кг, а еще через восемь лет – электромагнит с подъемной силой в 550 кг.

Кстати подковообразная форма электромагнита, очень удачная как показали дальнейшие исследования, была выбрана Уильямом Стердженом чисто случайно. Эта форма используются и по сей день. Хотя конечно же в наше время изготавливаются электромагниты самых разнообразных форм.

Вскоре после того, как было построено еще несколько крупных магнитов и все убедились в их силе, надежности, компактности и удобстве, было предложено использовать электромагниты для подъема железных и стальных деталей на металлургических и металлообрабатывающих заводах.

В России вплоть до революции Общество конно-железных дорог и омнибусов использовало магниты для очистки овса от железных гвоздей. В Европе и Америке магниты широко применяли на мельницах по очистке зерна.

В 30-х годах нашего столетия был создан один из крупнейших электромагнитов, предназначенный для устройства, с помощью которого разрушали бракованное литье. Груз, выполняющий эту операцию, весил 200000 Н. Использование электромагнита в этом устройстве позволяло сбрасывать груз обычным поворотом выключателя.

Вскоре были созданы еще более крупные магниты, способные поднимать груз весом до 500000 Н.

Магнитная очистка зерна на мельницах стала прообразом одного из чрезвычайно важных в настоящее время применений магнитов. Речь идет о так называемых магнитах сепараторах. Принцип их действия состоит в том, что смесь полезного вещества и «пустой породы» подается по конвейеру и проходит мимо полюсов магнита. Если пустая порода магнитна, то она будет извлечена из смеси. Принцип сепаратора с использованием естественных магнитов был предложен еще в 1792 г., т.е. до изобретения электромагнита.

Электромагниты нашли широкое применение в промышленности, технике, медицине. Например, в батискафе французского профессора Пиккара, исследовавшего не так давно глубочайшие океанские впадины, мощный электромагнит удерживал железный балласт.

С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Генеральный директор компании Walker Magnetics, г-н Брайан Твейтс с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя Книги Рекордов Гиннеса из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн. 

Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность — от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Опыт № 2. Магнитные линии катушки с током

Возьму катушку, смонтированную на подставке из оргстекла, соединю ее через ключ с источником тока. На подставку насыпаю ровным слоем металлические опилки. Замыкаю ключ и чуть-чуть постукиваю по платформе. Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются замкнутыми линиями. Вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.

Вывод из опыта № 2

1. Вокруг катушки с током есть магнитное поле 
2. Катушка с током похожа на полосовой магнит и у нее есть тоже два полюса – северный и южный
3. Чем больше число витков в катушке, тем сильнее её магнитное поле.
4. Чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле.
5. Наличие сердечника усиливает магнитное поле.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно.

Опыт № 3. Магнитное поле прямого проводника с током

Беру прибор, в котором прямой проводник пропущен сквозь лист картона. На картон насыпаю тонкий и равномерный слой железных опилок, включаю ток, и опилки слегка встряхиваю. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Вывод из опыта № 3

Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой кривые, охватывающие проводник.

Вывод из проделанных опытов

Проведенные опыты подтверждают выдвинутую гипотезу. Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Ток следует рассматривать как источник магнитного поля.

Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения. Мы привыкли к магниту и относимся к нему снисходительно, как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. Я подсчитала – у меня в квартире их десятки: в электробритве, динамике, магнитофоне, в банке с гвоздями, наконец, я сама тоже магнит: биотоки, текущие во мне, рождаю вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных линий. Земля, на которой мы живем, — гигантский голубой магнит. Солнце – желтый плазменный шар – еще более грандиозный магнит. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами, — непостижимые по размерам магниты…

Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/i/fEaNL3z_3Jfbx3

Магнитное поле

: определение, причины, формула, единицы и измерения (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Поля окружают нас повсюду. Будь то гравитационное поле, вызванное массой Земли, или электрические поля, создаваемые заряженными частицами, такими как электроны, везде есть невидимые поля, представляющие потенциалы и невидимые силы, способные перемещать объекты с соответствующими характеристиками.

Например, электрическое поле в области означает, что заряженный объект может отклониться от своего первоначального пути, когда он входит в область, а гравитационное поле из-за массы Земли удерживает вас на поверхности Земли, если вы этого не сделаете. некоторые работают над преодолением его влияния.

Магнитные поля являются причиной магнитных сил, а объекты, которые оказывают магнитные силы на другие объекты, делают это, создавая магнитное поле. Магнитные поля можно обнаружить по отклонению стрелок компаса, которые совпадают с силовыми линиями (магнитный север стрелки указывает на магнитный юг). Если вы изучаете электричество и магнетизм, изучение магнитных полей и магнитной силы станет важным шагом на вашем пути.

Что такое магнитное поле?

В физике в целом поля — это векторы со значениями в каждой области пространства, которые говорят вам, насколько сильным или слабым является эффект в этой точке, и направление эффекта.Например, объект с массой, такой как солнце, создает гравитационное поле, и в результате на другие объекты с массой, попадающие в это поле, действует сила. Вот как гравитационное притяжение Солнца удерживает Землю на орбите вокруг себя.

Дальше в солнечной системе, например, на орбите Урана, действует та же сила, но сила намного ниже. Он всегда направлен прямо на солнце; Если вы представите себе набор стрел, окружающих Солнце, все они указывают на него, но с большей длиной на близком расстоянии (более сильная сила) и меньшей длиной на больших расстояниях (более слабая сила), вы в основном вообразили гравитационное поле в Солнечной системе.

Таким же образом, объекты с зарядом создают электрические поля, а движущиеся заряды создают магнитные поля , которые могут вызвать магнитную силу в соседнем заряженном объекте или других магнитных материалах.

Эти поля немного сложнее по форме, чем гравитационные поля, поскольку они имеют петлевые силовые линии магнитного поля, которые выходят из положительного (или северного полюса) и заканчиваются на отрицательном (или южном полюсе), но заполняют та же основная роль.Они похожи на силовые линии, которые говорят вам, как будет вести себя объект, помещенный в определенное место. Вы можете четко визуализировать это, используя железные опилки, которые будут совпадать с внешним магнитным полем.

Магнитные поля — это всегда дипольные поля , поэтому магнитных монополей нет. Обычно магнитные поля обозначаются буквой B , но если магнитное поле проходит через магнитный материал, он может поляризоваться и генерировать собственное магнитное поле.Это второе поле вносит вклад в первое поле, и их комбинация обозначается буквой H , где

H = \ frac {B} {\ mu_m} \ text {и} \ mu_m = K_m \ mu_0

, где μ ₀ = 4π × 10 ^{— 7} Гн / м (т.е. магнитная проницаемость свободного пространства), а K _м — относительная проницаемость рассматриваемого материала.

Величина магнитного поля, проходящего через данную область, называется магнитным потоком.Плотность магнитного потока связана с локальной напряженностью поля. Поскольку магнитные поля всегда диполярны, чистый магнитный поток через замкнутую поверхность равен 0. (Любые силовые линии, выходящие из поверхности, обязательно входят в нее снова, сокращаясь.)

Единицы измерения и измерения

Единица измерения магнитного поля в системе СИ. сила — тесла (Тл), где:

1 тесла = 1 Тл = 1 кг / А с ² = 1 В с / м ² = 1 Н / А м

Еще одна широко используемая единица измерения магнитного поля сила — это гаусс (G), где:

Тесла — довольно большая единица, поэтому во многих практических ситуациях более полезным выбором будет гаусс — например, магнит на холодильник будет иметь силу около 100 G, а Магнитное поле Земли на поверхности Земли составляет около 0.5 G.

Причины возникновения магнитных полей

Электричество и магнетизм фундаментально взаимосвязаны, потому что магнитные поля генерируются движущимся зарядом (например, электрическими токами) или изменяющимися электрическими полями, в то время как изменяющееся магнитное поле генерирует электрическое поле.

В стержневом магните или подобном магнитном объекте магнитное поле возникает в результате выравнивания нескольких магнитных «доменов», которые, в свою очередь, создаются движением заряженных электронов вокруг ядер их атомов.Эти движения создают небольшие магнитные поля внутри домена. В большинстве материалов домены будут иметь случайное выравнивание и компенсировать друг друга, но в некоторых материалах магнитные поля в соседних доменах выравниваются, и это создает более крупномасштабный магнетизм.

Магнитное поле Земли также создается движущимся зарядом, но в данном случае это движение расплавленного слоя, окружающего ядро ​​Земли, которое создает магнитное поле. Это объясняется теорией динамо , которая описывает, как вращающаяся электрически заряженная жидкость генерирует магнитное поле.Внешнее ядро ​​Земли содержит постоянно движущееся жидкое железо с электронами, движущимися через жидкость и генерирующими магнитное поле.

Солнце также обладает магнитным полем, и объяснение того, как это работает, очень похоже. Однако разные скорости вращения различных частей Солнца (то есть жидкообразного материала на разных широтах) со временем приводят к спутыванию силовых линий, а также ко многим явлениям, связанным с Солнцем, таким как солнечные вспышки и солнечные пятна. , и примерно 11-летний солнечный цикл.Солнце имеет два полюса, как стержневой магнит, но движение солнечной плазмы и постепенно возрастающая солнечная активность заставляют магнитные полюса переворачиваться каждые 11 лет.

Формулы магнитного поля

Магнитные поля из-за различного расположения движущихся зарядов должны быть получены индивидуально, но есть много стандартных формул, которые вы можете использовать, чтобы вам не приходилось каждый раз «изобретать колесо». Вы можете вывести формулы практически для любого расположения движущегося заряда, используя закон Био-Савара или закон Ампера-Максвелла.Однако полученные формулы для простых схем электрического тока настолько широко используются и цитируются, что вы можете просто рассматривать их как «стандартные формулы», а не выводить их каждый раз из закона Био-Савара или Ампера-Максвелла.

Магнитное поле прямолинейного тока определяется по закону Ампера (более простая форма закона Ампера-Максвелла) как:

B = \ frac {μ_0 I} {2 π r}

Где μ ₀ соответствует определенному ранее, I — ток в амперах, а r — расстояние от провода, на котором вы измеряете магнитное поле.

Магнитное поле в центре токовой петли определяется выражением:

B = \ frac {μ_0 I} {2 R}

Где R — радиус петли, а другие символы — как определено ранее.

Наконец, магнитное поле соленоида определяется выражением:

B = μ_0 \ frac {N} {L} I

Где N — количество витков, а L — длина соленоида. Магнитное поле соленоида в основном сосредоточено в центре катушки.

Примеры расчетов

Научиться использовать эти уравнения (и подобные им) — это главное, что вам нужно сделать при вычислении магнитного поля или результирующей магнитной силы, поэтому пример каждого из них поможет вам решить проблемы, с которыми вы, вероятно, столкнетесь.

Для длинного прямого провода, по которому течет ток 5 ампер (т. Е. I = 5 А), какова напряженность магнитного поля на расстоянии 0,5 м от провода?

Используя первое уравнение с I = 5 A и r = 0.{−4} \ text {T} \ end {align}

Другой пример расчета магнитного поля может работать немного иначе — например, сообщая вам поле в центре соленоида и ток, но запрашивая N / Коэффициент L — но пока вы знакомы с уравнениями, у вас не будет проблем с ответом на них.

11.2 Магнитные поля и линии — Университетская физика, Том 2

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите магнитное поле на основе движущегося заряда, на который действует сила
• Примените правило правой руки для определения направления магнитной силы на основе движения заряда в магнитном поле
• Нарисуйте линии магнитного поля, чтобы понять, в какую сторону направлено магнитное поле и насколько оно сильно в определенной области космоса

Мы обрисовали в общих чертах свойства магнитов, описали их поведение и перечислили некоторые области применения магнитных свойств.Несмотря на то, что не существует таких вещей, как изолированные магнитные заряды, мы все же можем определить притяжение и отталкивание магнитов как основанное на поле. В этом разделе мы определяем магнитное поле, определяем его направление на основе правила правой руки и обсуждаем, как рисовать силовые линии магнитного поля.

Определение магнитного поля

Магнитное поле определяется силой, которую испытывает заряженная частица, движущаяся в этом поле, после того, как мы учтем гравитационные и любые дополнительные электрические силы, возможные на заряд.Величина этой силы пропорциональна величине заряда q , скорости заряженной частицы v и величине приложенного магнитного поля. Направление этой силы перпендикулярно как направлению движущейся заряженной частицы, так и направлению приложенного магнитного поля. Основываясь на этих наблюдениях, мы определяем напряженность магнитного поля B на основе магнитной силы F → F → на заряде q , движущемся со скоростью v → v → как векторное произведение скорости и магнитного поля, т. Е.

F → = qv → × B →.F → = qv → × B →.

11.1

Фактически, именно так мы определяем магнитное поле B → B → — в терминах силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Величина силы определяется из определения перекрестного произведения, поскольку оно относится к величине каждого из векторов. Другими словами, величина силы удовлетворяет

F = qvBsinθF = qvBsinθ

11.2

, где θ — угол между скоростью и магнитным полем.

Единица СИ для напряженности магнитного поля B называется тесла (Тл) в честь эксцентричного, но блестящего изобретателя Николы Тесла (1856–1943), где

1Т = 1НА · м.1Т = 1НА · м.

11,3

Иногда используется меньшая единица измерения, называемая гауссом (G), где 1G = 10−4T, 1G = 10−4T. Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл или более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 5 × 10–5 Тл, 5 × 10–5 Тл или 0,5 Гс.

Стратегия решения проблем

Направление магнитного поля по правилу правой руки.

Направление магнитной силы F → F → перпендикулярно плоскости, образованной v → v → и B →, B →, как определено правилом правой руки-1 (или RHR-1), которое показано на Рисунок 11.4.

1. Сориентируйте правую руку так, чтобы пальцы сгибались в плоскости, определяемой векторами скорости и магнитного поля.
2. Правой рукой проведите пальцами от скорости к магнитному полю под наименьшим возможным углом.
3. Магнитная сила направлена ​​туда, куда указывает ваш большой палец.
4. Если заряд был отрицательным, измените направление на противоположное.

Фигура 11,4 Магнитные поля действуют на движущиеся заряды.Направление магнитной силы на движущийся заряд перпендикулярно плоскости, образованной v → v → и B → B →, и следует правилу правой руки-1 (RHR-1), как показано. Величина силы пропорциональна q, v, B, q, v, B и синусу угла между v → v → и B → .B →.

На статические заряды не действует магнитная сила. Однако на заряды, движущиеся под углом к ​​магнитному полю, действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не влияют на магниты. Однако, когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые действуют на другие магниты.Когда есть относительное движение, возникает связь между электрическими и магнитными силами — одна влияет на другую.

Пример 11.1

Альфа-частица, движущаяся в магнитном поле

Альфа-частица (q = 3,2 · 10−19C) (q = 3,2 · 10−19C) движется через однородное магнитное поле величиной 1,5 Тл. Поле прямо параллельно положительной оси z прямоугольника. система координат рисунка 11.5. Какова магнитная сила на альфа-частицу, когда она движется (а) в положительном направлении x со скоростью 5.) × 104 м / с?

Фигура 11,5 Магнитные силы на альфа-частицу, движущуюся в однородном магнитном поле. Поле на каждом рисунке одинаковое, но скорость разная.

Стратегия

Нам дан заряд, его скорость, сила и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение F → = qv → × B → F → = qv → × B → или F = qvBsinθF = qvBsinθ для вычисления силы. Направление силы определяется RHR-1.

Решение

1. Во-первых, чтобы определить направление, начните с того, что пальцы будут указывать в положительном направлении x ..
2. Во-первых, чтобы определить направленность, начните с того, что пальцы будут указывать в отрицательном направлении y . Проведите пальцами вверх в направлении магнитного поля, как в предыдущей задаче. Ваш большой палец должен быть открыт в отрицательном направлении x . Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем заданный заряд, скорость и магнитное поле, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить: F → = qv → × B → = (3.. Альтернативный подход — использовать уравнение 11.2 для определения величины силы. Это применимо к обеим частям (а) и (б). Поскольку скорость перпендикулярна магнитному полю, угол между ними составляет 90 градусов. Следовательно, величина силы равна: F = qvBsinθ = (3,2 · 10−19C) (5,0 · 104 м / с) (1,5T) sin (90 °) = 2,4 · 10−14N. F = qvBsinθ = (3,2 · 10−19C) (5,0 · 104 м / s) (1,5T) sin (90 °) = 2,4 × 10−14N.
3. Поскольку скорость и магнитное поле параллельны друг другу, нет никакой ориентации вашей руки, которая приведет к направлению силы.Следовательно, сила, действующая на этот движущийся заряд, равна нулю. Это подтверждается перекрестным произведением. Когда вы пересекаете два вектора, указывающих в одном направлении, результат равен нулю.
4. Во-первых, чтобы определить направление, ваши пальцы могут указывать в любом направлении; однако вы должны поднять пальцы вверх в направлении магнитного поля. Вращая руку, обратите внимание, что большой палец может указывать в любом направлении x или y , но не в направлении x .) × 10−15N. Это решение можно переписать с точки зрения величины и угла в плоскости xy : | F → | = Fx2 + Fy2 = (- 14,4) 2 + (- 9,6) 2 × 10−15N = 1,7 × 10−14Nθ = tan − 1 (FyFx) = tan − 1 (−9,6 × 10−15N − 14,4 × 10−15N) = 34 °. | F → | = Fx2 + Fy2 = (- 14,4) 2 + (- 9,6) 2 × 10−15N = 1,7 × 10−14Nθ = tan − 1 (FyFx) = tan − 1 (−9,6 × 10−15N − 14,4 × 10−15N) = 34 °. Величину силы также можно рассчитать с помощью уравнения 11.2. Однако скорость в этом вопросе состоит из трех компонентов. Компонентой скорости z можно пренебречь, потому что она параллельна магнитному полю и, следовательно, не создает силы.Величина скорости рассчитывается по компонентам x и y . Угол между скоростью в плоскости xy и магнитным полем в плоскости z составляет 90 градусов. Следовательно, сила рассчитывается следующим образом: | v → | = (2) 2 + (- 3) 2 × 104 мс = 3,6 × 104 мсF = qvBsinθ = (3,2 × 10−19C) (3,6 × 104 м / с) (1,5T) sin (90 °) = 1,7 × 10−14N. | V → | = (2) 2 + (- 3) 2 × 104 мс = 3,6 × 104 мсF = qvBsinθ = (3,2 × 10−19C) (3,6 × 104 м / с) (1,5T) sin (90 ° ) = 1,7 × 10−14Н. Это та же величина силы, рассчитанная с помощью единичных векторов.

Значение

Перекрестное произведение в этой формуле дает третий вектор, который должен быть перпендикулярен двум другим. Другие физические величины, такие как угловой момент, также имеют три вектора, которые связаны между собой перекрестным произведением. Обратите внимание, что типичные значения силы в задачах магнитной силы намного больше, чем сила тяжести. Следовательно, для изолированного заряда магнитная сила является доминирующей силой, управляющей движением заряда.

Проверьте свое понимание 11.1

Проверьте свое понимание Повторите предыдущую задачу с магнитным полем в направлении x , а не в направлении z . Проверьте свои ответы с помощью RHR-1.

Представление магнитных полей

Представление магнитных полей в виде силовых линий очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на рисунке 11.6, каждая из этих линий образует замкнутый цикл, даже если это не показано ограничениями пространства, доступного для рисунка.Силовые линии выходят из северного полюса (N), огибают южный полюс (S) и проходят через стержневой магнит обратно к северному полюсу.

У линий магнитного поля есть несколько жестких правил:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
2. Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
4. Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они направлены от северного полюса к южному полюсу.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые обычно начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами или на бесконечности.Если бы изолированные магнитные заряды (называемые магнитными монополями) существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Фигура 11,6 Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, в котором указывает маленький компас, когда его помещают в определенное место в поле. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.Чтобы уместиться в разумном пространстве, некоторые из этих рисунков могут не показывать замыкание петель; однако, если бы было предоставлено достаточно места, петли были бы закрыты.

Магнитное поле

---

2

В сильных магнитных полях не все является ферромагнитным

10 февраля 2020 г. — Сильные магнитные поля могут изменить микроскопическое расположение магнитных моментов, поскольку они преодолевают взаимодействия, существующие в нулевом поле.Обычно высокие поля, превышающие определенный …

---

Физики «обманывают» фотоны, заставляя их вести себя как электроны, используя «синтетическое» магнитное поле

14 сентября 2020 г. — Ученые открыли элегантный способ управления светом с помощью «синтетической» силы Лоренца, которая в природе ответственна за многие удивительные явления, включая полярное сияние …

---

Исследователи описывают фундаментальные процессы движения магнитных частиц

Ноябрь18, 2020 — Исследователи описывают несколько фундаментальных процессов, связанных с движением магнитных частиц в жидкостях, когда они притягиваются магнитным …

---

Исследователи проанализировали циркулирующие токи внутри наночастиц золота

30 апреля 2021 г. — Исследователи разработали метод, позволяющий моделировать и визуализировать индуцированные магнитным полем электронные токи внутри наночастиц золота. Метод позволяет точно анализировать …

---

Открытие механизма повышения устойчивости сверхпроводников к магнитным полям

Мар.30 августа 2021 г. — Известно, что сверхпроводимость легко разрушается сильными магнитными полями. Исследователи обнаружили, что сверхпроводник с толщиной в атомном масштабе может сохранять свою сверхпроводимость даже при …

---

Визуализация сильных магнитных полей с нейтронами

22 августа 2019 г. — Исследователи разработали новый метод точного измерения сильных магнитных полей. Они используют нейтроны, полученные от источника расщепления SINQ. Поэтому в будущем так и будет…

---

Spintronics: Улучшение электроники с помощью более точного управления вращением

18 мая 2021 г. — Ученые нашли новый способ контролировать состояние выравнивания магнитных атомов в антиферромагнитном материале, что открывает перспективы для разработки крошечных датчиков и запоминающих устройств. Исследователи …

---

Принятие магнетизма за спину: изучение тайн скирмионов

23 января 2019 г. — Ученые обнаружили релаксационную динамику состояния нулевого поля в скирмионах, вращающееся магнитное явление, которое имеет потенциальные применения в хранении данных и спинтронике…

---

Физики открыли новый магнитоэлектрический эффект

14 сентября 2020 г. — Обнаружен специальный материал, который демонстрирует новый удивительный эффект: его электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля. Этот эффект работает совершенно иначе, чем обычно. Это может быть …

---

Исследователи создают синтетический эффект Холла для достижения односторонней радиопередачи

12 сентября 2019 г. — Исследователи воспроизвели один из самых известных электромагнитных эффектов в физике, эффект Холла, используя радиоволны (фотоны) вместо электрического тока (электроны).Их техника могла …

---

Что такое магнетизм? Определение, примеры, факты

Магнетизм определяется как явление притяжения и отталкивания, создаваемое движущимся электрическим зарядом. Зона воздействия вокруг движущегося заряда состоит как из электрического, так и из магнитного поля. Самый известный пример магнетизма — стержневой магнит, который притягивается магнитным полем и может притягивать или отталкивать другие магниты.

История

Galfordc / Getty Images

Древние люди использовали магниты, природные магниты из железного минерала магнетита.Фактически, слово «магнит» происходит от греческого слова magnetis lithos , что означает «магнезианский камень» или магнитный камень. Фалес Милетский исследовал свойства магнетизма примерно с 625 г. до н.э. — 545 г. до н.э. Примерно в то же время индийский хирург Сушрута использовал магниты в хирургических целях. Китайцы писали о магнетизме в четвертом веке до нашей эры и описали использование магнитного камня для притягивания иглы в первом веке. Однако компас не использовался для навигации до 11 века в Китае и 1187 года в Европе.

Хотя магниты были известны, объяснения их функции не было до 1819 года, когда Ганс Кристиан Эрстед случайно обнаружил магнитные поля вокруг проводов под напряжением. Взаимосвязь между электричеством и магнетизмом была описана Джеймсом Клерком Максвеллом в 1873 году и включена в специальную теорию относительности Эйнштейна в 1905 году.

Причины магнетизма

Маскот / Getty Image

Итак, что это за невидимая сила? Магнетизм вызывается электромагнитной силой, которая является одной из четырех фундаментальных сил природы.Любой движущийся электрический заряд (электрический ток) создает перпендикулярное ему магнитное поле.

Помимо тока, протекающего по проводу, магнетизм создается спиновыми магнитными моментами элементарных частиц, таких как электроны. Таким образом, вся материя в некоторой степени магнитна, потому что электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, создают магнитное поле. В присутствии электрического поля атомы и молекулы образуют электрические диполи, при этом положительно заряженные ядра движутся немного в направлении поля, а отрицательно заряженные электроны движутся в противоположном направлении.

Магнитные материалы

Сильви Сайвин / EyeEm / Getty Images

Все материалы обладают магнетизмом, но магнитное поведение зависит от электронной конфигурации атомов и температуры. Электронная конфигурация может заставить магнитные моменты нейтрализовать друг друга (делая материал менее магнитным) или выравниваться (делая его более магнитным). Повышение температуры увеличивает случайное тепловое движение, затрудняя выравнивание электронов и обычно уменьшая силу магнита.

Магнетизм можно классифицировать по его причине и поведению. Основные виды магнетизма:

Диамагнетизм : Все материалы демонстрируют диамагнетизм, который представляет собой тенденцию отталкиваться магнитным полем. Однако другие типы магнетизма могут быть сильнее диамагнетизма, поэтому он наблюдается только в материалах, которые не содержат неспаренных электронов. Когда присутствуют пары электронов, их «спиновые» магнитные моменты нейтрализуют друг друга. В магнитном поле диамагнитные материалы слабо намагничиваются в направлении, противоположном приложенному полю.Примеры диамагнитных материалов включают золото, кварц, воду, медь и воздух.

Парамагнетизм : В парамагнетике есть неспаренные электроны. Непарные электроны могут свободно выравнивать свои магнитные моменты. В магнитном поле магнитные моменты выравниваются и намагничиваются в направлении приложенного поля, усиливая его. Примеры парамагнитных материалов включают магний, молибден, литий и тантал.

Ферромагнетизм : Ферромагнитные материалы могут образовывать постоянные магниты и притягиваются к ним.Ферромагнетик имеет неспаренные электроны, плюс магнитные моменты электронов имеют тенденцию оставаться выровненными даже при удалении из магнитного поля. Примеры ферромагнитных материалов включают железо, кобальт, никель, сплавы этих металлов, некоторые сплавы редкоземельных элементов и некоторые сплавы марганца.

Антиферромагнетизм : В отличие от ферромагнетиков собственные магнитные моменты валентных электронов в антиферромагнетике направлены в противоположные стороны (антипараллельно). В результате отсутствует чистый магнитный момент или магнитное поле.Антиферромагнетизм проявляется в соединениях переходных металлов, таких как гематит, железо-марганец и оксид никеля.

Ферримагнетизм : Подобно ферромагнетикам, ферримагнетики сохраняют намагниченность при удалении от магнитного поля, но соседние пары электронных спинов указывают в противоположных направлениях. Решетка материала делает магнитный момент, направленный в одном направлении, более сильным, чем магнитный момент, направленный в другом направлении. Ферримагнетизм встречается в магнетите и других ферритах.Как и ферромагнетики, ферримагнетики притягиваются к магнитам.

Есть и другие типы магнетизма, включая суперпарамагнетизм, метамагнетизм и спиновое стекло.

Свойства магнитов

черный / Getty Images

Магниты образуются, когда ферромагнитные или ферримагнитные материалы подвергаются воздействию электромагнитного поля. Магниты обладают определенными характеристиками:

• Магнитное поле окружает магнит.
• Магниты притягивают ферромагнитные и ферримагнитные материалы и могут превращать их в магниты.
• У магнита два полюса, которые отталкиваются, как полюса, и притягивают противоположные полюса. Северный полюс отталкивается северными полюсами других магнитов и притягивается к южным полюсам. Южный полюс отталкивается южным полюсом другого магнита, но притягивается к своему северному полюсу.
• Магниты всегда существуют в виде диполей. Другими словами, вы не можете разрезать магнит пополам, чтобы разделить север и юг. При разрезании магнита получается два меньших магнита, каждый из которых имеет северный и южный полюса.
• Северный полюс магнита притягивается к северному магнитному полюсу Земли, а южный полюс магнита притягивается к южному магнитному полюсу Земли.Это может сбить с толку, если вы остановитесь и рассмотрите магнитные полюса других планет. Для работы компаса северный полюс планеты по сути является южным полюсом, если бы мир был гигантским магнитом!

Магнетизм в живых организмах

Джефф Ротман / Getty Images

Некоторые живые организмы обнаруживают и используют магнитные поля. Способность ощущать магнитное поле называется магнитоцепцией. Примеры существ, способных к магнитоцепции, включают бактерии, моллюски, членистоногие и птицы.Человеческий глаз содержит белок криптохрома, который может обеспечивать некоторую степень магнитоцепции у людей.

Многие существа используют магнетизм — процесс, известный как биомагнетизм. Например, хитоны — это моллюски, которые используют магнетит для укрепления зубов. Люди также производят магнетит в тканях, который может влиять на функции иммунной и нервной системы.

Основные выводы по магнетизму

Клэр Кордье / Getty Images

• Магнетизм возникает из-за электромагнитной силы движущегося электрического заряда.
• Магнит имеет невидимое магнитное поле, окружающее его, и два конца, называемые полюсами. Северный полюс указывает на северное магнитное поле Земли. Южный полюс указывает на южное магнитное поле Земли.
• Северный полюс магнита притягивается к южному полюсу любого другого магнита и отталкивается северным полюсом другого магнита.
• При разрезании магнита образуются два новых магнита, каждый с северным и южным полюсами.

22.3 Магнитные поля и линии магнитного поля — BCIT Physics 0312 Учебник

Магнитные поля и линии магнитного поля

• Определите магнитное поле и опишите силовые линии различных магнитных полей.

Говорят, что Эйнштейн был очарован компасом в детстве, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности. Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.Как показано в [ссылка], направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют полем B, .

Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, на которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте. (a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита.(Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.

Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, не повредят его. (Это аналогично тому, как мы проверяли электрические поля с небольшим пробным зарядом.В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не зонд, проверяющий их.) [Ссылка] показывает, как магнитное поле появляется для токовой петли и длинного прямого провода, что можно было бы исследовать с помощью небольших компасов. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.

Маленькие компасы можно использовать для нанесения на карту полей, показанных здесь.(а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, наконечника стрелки).

Установление соединений: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи.Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства.Маленький компас укажет направление линии поля.
2. Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
4. Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

• Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:

1. Поле касается линии магнитного поля.
2. Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
3. Линии поля не могут пересекаться.
4. Линии поля представляют собой непрерывные петли.

Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)

Перечислите сходства силовых линий магнитного и электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства.Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.

Отмечая, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии электрического поля пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?

Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где оно больше всего?

Глоссарий

магнитное поле

представление магнитных сил

Б -поле

другой термин для обозначения магнитного поля

силовые линии магнитного поля

графическое изображение силы и направления магнитного поля

направление силовых линий магнитного поля

направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса

Разница между электрическим и магнитным полем со сравнительной таблицей

Одно из основных различий между магнитным и электрическим полями заключается в том, что электрическое поле индуцируется вокруг частицы статического заряда, которое является либо отрицательным, либо положительным, тогда как магнитное поле создает вокруг полюсов (т.е., северный и южный полюс) магнита. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в виде сравнительной таблицы

.

Содержание: электрическое поле против магнитного поля

1. Таблица сравнения
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Запомните

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Электрическое поле	Магнитное поле
Определение	Это сила, действующая вокруг частицы электрического заряда.	Область вокруг магнита, где полюса проявляют силу притяжения или отталкивания.
Единица	Вольт / метр или Ньютон / кулон	Тесла, (Ньютон × Секунда) / (Кулон × Метр)
Символ	E	B
Формула
Измерительный прибор	Магнитометр	Электрометр
Полюс	Моно полюс	Диполь
Электромагнитное поле	Оно перпендикулярно магнитному полю.	Он перпендикулярен электрическому полю.
Поле	Вектор	Вектор
Полевая линия	Индуцирует положительный заряд и завершает отрицательный заряд	Генерирует на северном полюсе и оканчивается на южном полюсе.
Контур	Линии электрического поля не образуют замкнутый контур.	Магнитная линия образует замкнутый контур.
Тип заряда	Отрицательный или положительный заряд.	Северный или южный полюс.
Сила	Сила отталкивания для одинаковых зарядов и сила притяжения для разнородных зарядов.	Сила отталкивания на одинаковых полюсах и сила притяжения на противоположных полюсах.
Размер	Имеется в двух измерениях	Остается в трех измерениях
Работа	Поле может выполнять работу (скорость и направление частиц меняются)	Магнитное поле не может выполнять работу (скорость частиц остается постоянной)

Определение магнитного поля

Область вокруг магнита, где его полюса проявляют силу притяжения или отталкивания, называется магнитным полем.Магнитное поле также индуцирует, когда электрические заряды движутся в пространстве или электрический проводник.

Движущийся носитель заряда и магнит создают линии магнитного потока, которые называются линиями магнитного поля. Это векторная величина, потому что она имеет как величину, так и направление. Символ B обозначает магнитное поле, и оно измеряется в Тесла или Ньютон на метр.

Определение электрического поля

Сила, действующая вокруг частицы с электрическим зарядом, называется электрическим полем или напряженностью электрического поля.Другими словами, это область вокруг электрического поля, где существует силовая линия. У него есть величина и направление. Следовательно, это векторная величина. Символ E обозначает электрическое поле и измеряется в ньютонах / кулонах.

Ключевые различия между электрическим полем и магнитным полем

1. Область вокруг электрического заряда, где существует электрическая сила, называется электрическим полем. Область вокруг магнита, где полюс магнита проявляет силу притяжения или отталкивания, называется магнитным полем.
2. Единицей измерения электрического поля в системе СИ является ньютон / кулон, а единицей измерения магнитного поля в системе СИ является тесла.
3. Направление и величина определяют магнитное поле. Таким образом, это векторная величина. Электрическое поле также называют векторным полем.
4. Напряженность электрического поля измеряется электрометром, тогда как магнитометр измеряет напряженность магнитного поля.
5. В электромагнитном поле электрическое поле перпендикулярно магнитному полю, тогда как магнитное поле перпендикулярно электрическому полю.
6. Электрическое поле создается единичным полюсным зарядом, то есть либо положительным, либо отрицательным зарядом, тогда как магнитное поле создается диполем магнита (то есть северным и южным полюсами).
7. Силовая линия электрического поля индуцируется при положительном заряде и гаснет при отрицательном заряде, тогда как силовая линия магнитного поля возникает от северного полюса и заканчивается к южному полюсу магнита.
8. Силовые линии электрического поля не образуют петли, в то время как силовые линии магнитного поля образуют замкнутую петлю.
9. Электрическое поле прямо пропорционально потоку, тогда как напряженность магнитного поля зависит от количества силовых линий, создаваемых магнитом.
10. В электрическом поле одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а разные заряды притягиваются друг к другу, тогда как в магнитном поле одинаковые полюса отталкиваются друг от друга, а разные полюса притягиваются друг к другу.
11. Электрические поля, индуцированные одним зарядом (положительным или отрицательным), тогда как магнитные поля, индуцированные северным и южным полюсами магнита.
12. Напряженность электрического поля обозначается символом E, тогда как напряженность магнитного поля обозначается буквой B.
13. Силовые линии электрического поля измеряются в двух измерениях, а силовые линии магнитного поля — в трех измерениях.
14. Линия электрического поля может работать, то есть скорость и направление заряда изменяются, тогда как магнитное поле не может работать, то есть направление заряда изменяется, но скорость частиц остается постоянной.

Заключение

Заряд индуцирует электрическое поле, а магнитное поле индуцирует из-за северного и южного полюсов магнита.

Магнитные поля — Физика A-Level

Изучив этот раздел, вы должны уметь:

• описывают магнитные поля внутри соленоида и вокруг провода при прохождении в них тока
• понять значение напряженности магнитного поля
• рассчитать величину и направление силы, действующей на ток в магнитном поле

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Магнитные поля

Магнитные поля:

• возникают из-за постоянных магнитов и электрического тока
• влияют на постоянные магниты и электрические токи.

Как и другие поля, магнитные поля представлены линиями со стрелками. Стрелки показывают направление силы в любой точке поля. При рисовании магнитных полей принято считать, что стрелки показывают направление силы, которая будет действовать на N-ведущий полюс постоянного магнита, размещенного в этой точке.

Хотя силовые линии часто бывают кривыми, сила в любой точке действует по прямой линии.

На схемах показаны структуры поля вокруг стержневого магнита и между двумя различными конфигурациями пар магнитов.Если силы одинаковой величины действуют в противоположных направлениях, в результате получается нейтральная точка. В нейтральной точке результирующая магнитная сила равна нулю.

Сколько сил действует на полюс с нейтралью, расположенный в нейтральной точке, показанной на средней диаграмме?

Напряженность магнитного поля

Токоведущий провод, помещенный в магнитное поле, испытывает силу при условии, что он не параллелен полю. Сила имеет максимальное значение, когда ток перпендикулярен полю. Правило левой руки Флеминга показывает направление силы на любом токе, составляющая которого перпендикулярна магнитному полю. На диаграмме показано правило Флеминга и его применение к простому двигателю .

Сила, действующая на любой электрический ток, параллельный магнитному полю, равна нулю — силы нет.

В электрическом и гравитационном полях напряженность поля определяется как сила, приходящаяся на единицу массы или заряда.Не существует очевидного эквивалента «единицы магнетизма».

Величина силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, зависит от:

• размер нынешний
• длина проводника в поле
• ориентация проводника относительно поля
• сила магнитного поля.

Эти коэффициенты используются для определения «единицы» магнетизма как длины тока, произведения тока и длины проводника в поле.

КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Эти коэффициенты используются для определения силы магнитного поля как: сила на единицу (ток × длина), перпендикулярная полю. Напряженность магнитного поля также известна как плотность потока. Его символ — B, а единица — тесла (Т).

При направлениях тока и магнитного поля, показанных на диаграмме ниже, сила действует в бумагу.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, определяется выражениями: когда проводник перпендикулярен силовым линиям: F = BIl, когда угол между проводником и силовыми линиями равен θ, F = BIlsinθ

Вы всегда должны указывать направления величин при использовании этих соотношений для определения напряженности магнитного поля.

Эти зависимости вместе с диаграммами могут использоваться для определения напряженности магнитного поля.

Сила, действующая на движущийся заряд

Любой движущийся заряд представляет собой электрический ток. В вакуумной лампе, такой как в телевизоре или электронно-лучевом осциллографе, магнитные поля используются для приложения сил к электронам, когда они проходят через трубку.

Величина силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, зависит от:

• заряд на частице
• скорость частицы
• сила магнитного поля.