Электрическим током порождается: Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами) — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами)

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Для изучения магнитного поля часто используют замкнутый контур малых размеров (проволочный каркас). Подводящие ток проводники сплетают вместе, чтобы результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, равна нулю.

Рамка с током

Магнитное поле создается не только электрическим током, но и постоянными магнитами. Можно ли считать, что природа поля вокруг магнита и вокруг проводника с током одинаковы? Почему?

Французский физик Андре Мари Ампер ответил на данный вопрос следующим образом: согласно теории Ампера внутри магнитов существуют молекулярные токи (микротоки), подобные току в замкнутой цепи. Эти токи создаются движением электронов в атомах.

Т.е., вокруг любой молекулы (атома) должно быть магнитное поле. Итак, всякое вещество должно обладать какими-либо магнитными свойствами.

Например, железо. Его атомы имеют довольно сильные поля, и, если атомы расположены, упорядочено, так что их поля взаимно усиливаются, вокруг железного тела образуется магнитное поле. Такие тела называются магнитами. Тело, изготовленное из специальных сортов стали, сохраняющее свою намагниченность после удаления из внешнего поля, называются постоянным магнитом. Маленький магнитик удлиненной формы, помещенный на острие, называется магнитной стрелкой.

Каждый магнит имеет 2 полюса, которые нельзя разделить – северный N и южный S.

Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Наглядную картинку магнитного поля можно получить, если построить линии магнитной индукции.

Линией индукции магнитного поля называют такую линию, по касательной, к каждой точке которой располагаются магнитные стрелки.

I Линии индукции считают направленными туда, куда

указывает северные полюсы стрелок.

Свойства линий индукции магнитного поля:

через каждую точку пространства проходит только одна линия индукции, т.е. линии индукции нигде не пересекаются друг с другом.
линии индукции магнитного поля замкнуты, т.е. не имеют ни начала, ни конца и всегда охватывают проводник с током.

Поле, линии индукции которого всегда замкнуты, называется вихревым.

Магнитное поле – вихревое поле.

Работа таких полей по замкнутому контуру не равна нулю.

Магнитное поле прямолинейного тока имеет вид концентрических окружностей в плоскостях перпендикулярных к проводнику.

Направление линий индукции магнитного поля определяется правилом правого винта (буравчика):

+ I

—

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий индукции магнитного поля.

Магнитное поле кругового тока:

Магнитное поле соленоида (катушки с током):

Внутри соленоида линии индукции параллельны, т.е. магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным.

— + + —

Магнитное поле -9 класс

Магнитное поле

Магнитное поле порождается электрическим током.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Следовательно, магнитное поле создаётся движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Анри Ампер (20.01.1775-10.06.1836)

Знаменитый французский физик, математик и естествоиспытатель, член Парижской Академии наук. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввел в физику понятие «электрический ток».

Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества».

Гипотеза Ампера

В атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи.
В постоянных магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления, усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита .

Магнитное поле:

Порождается движущимися заряженными частицами (электрическим током).
Обнаруживается по действию на ток.

Магнитное поле — это особая материя вокруг электрического тока, где распространяются его магнитные свойства.

Ганс Кристиан Эрстед (14.08.1977- 9.03.1851) — датский физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1830). Труды по электричеству, акустике, молекулярной физике. Открыл (1820) магнитное действие электрического тока.

Опыт Эрстеда (1820г.)

Магнитная стрелка в магнитном поле тока отклоняется определенным образом .

Магнитные линии

Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитном поле.

В любой точке магнитной линии касательная к ней совпадает с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

Магнитные линии

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Направление магнитных линий

За направление магнитной линии в какой-либо её точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

Магнитные линии

Магнитные линии ближе друг к другу в тех местах, где магнитное поле сильнее.

По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля .

Картина магнитного поля постоянного полосового магнита

Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному.

Магнитные линии магнитного поля, созданного прямолинейным проводником с током.

Магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником

с током, представляют собой концентрические окружности,

расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от

проводника.

Неоднородное магнитное поле

Неоднородное магнитное поле, т.е. поле, в любой точке которого, сила действия на магнитную стрелку может быть различной как по модулю, так и по направлению
Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Однородное магнитное по ле

Однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого, сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Магнитное поле соленоида

Соленоид — проволочная цилиндрическая катушка с током.

Поле внутри соленоида можно считать

однородным, если длина соленоида

значительно больше его диаметра (вне

соленоида поле неоднородно, его

магнитные линии расположены

примерно так же, как у полосового

магнита).

Однородным является поле внутри постоянного

полосового магнита в центральной его части.

Линии магнитного поля

Линии магнитного поля, направленные перпендикулярно плоскости чертежа:

а — от наблюдателя;

б — к наблюдателю

Подумай и ответь!

Магнитное поле существует…

А. только вокруг движущихся электронов;

Б. только вокруг движущихся положительных ионов;

В.только вокруг движущихся отрицательных ионов;

Г. вокруг всех движущихся заряженных частиц.

2.Выберите верное(-ые) утверждение(-я):

А. магнитное поле можно обнаружить по действию на магнитную стрелку;

Б. магнитное поле можно обнаружить по действию на движущийся заряд;

В. магнитное поле можно обнаружить по действию на проводник с током.

Подумай и ответь!

3.Направление магнитных линий в данной точке пространства совпадает с направлением:

А. силы, действующей на неподвижный заряд

в этой точке;

Б.силы, действующей на движущийся заряд в

этой точке;

В. северного полюса магнитной стрелки,

помещенной в эту точку;

Г. южного полюса магнитной стрелки,

помещенной в эту точку.

Подумай и ответь!

4.Выберите верное(-ые) утверждение(-я): А. магнитные линии замкнуты; Б. магнитные линии гуще располагаются в

тех областях, где магнитное поле сильнее; В. направление силовых линий совпадает с

направлением северного полюса магнитной

стрелки, помещенной в изучаемую точку.

Подумай и ответь!

5.Как выглядят магнитные линии однородного магнитного поля?

А. Магнитные линии параллельны друг другу,

расположены с одинаковой частотой;

Б. Магнитные линии параллельны друг другу,

расположены на разных расстояниях друг от

друга;

В. Магнитные линии искривлены, их густота

меняется от точки к точке;

Г. Магнитные линии разомкнуты.

Домашнее задание

§34

Упр.31

Спасибо за внимание!

Генерация электрического тока Рона Куртуса

SfC Home > Physics > Electricity >

Рон Куртус (обновлено 24 июня 2018 г.)

Электрический ток может быть генерирован путем перемещения металлической проволоки через магнитное поле. Это относится как к электричеству переменного тока (AC), так и к электричеству постоянного тока (DC). Это другой метод, чем тот, где постоянный ток создается батареей, в которой используются химические реакции. Это также отличается от статического электричества, которое представляет собой накопление зарядов на поверхности.

Электрические генераторы вращают катушку проводов через магнитное поле. Разница между генератором переменного тока и генератором постоянного тока заключается в том, что генератор переменного тока использует контактные кольца для передачи тока в электрическую цепь, а генератор постоянного тока использует коммутатор с разъемным кольцом. Генераторы могут быть очень маленькими или довольно огромными. Очень большие из них производят электроэнергию для сообщества. Электродвигатель очень похож на генератор, за исключением того, что мощность подается на вращение роторов.

Возможные вопросы:

Что происходит, когда провод проходит через магнитное поле?
Как используется проволочная петля в электрогенераторе?
Как выглядят коммерческие генераторы?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц измерения

Движение провода в магнитном поле

Когда провод из проводящего материала пересекает магнитное поле, в проводе возникает электрический ток.

Провод должен быть частью цепи

Обратите внимание, что провод должен быть частью электрической цепи. В противном случае электронам некуда деваться. Другими словами, в проводе с открытыми концами не возникает электрического тока. Но если концы присоединить к лампочке, к электросчетчику или даже друг к другу, то цепь замыкается и возникает электрический ток.

Движение провода через магнитное поле создает электрический ток,
измеряется метражом, прикрепленным к концам провода

Направление тока

Направление магнитного поля и направление провода определяют направление тока в проводе. По соглашению, направление магнитного поля от севера к югу.

Много лет назад Бенджамин Франклин определил направление электрического тока как движение от плюса (+) к минусу (-). В то время ученые не знали о существовании отрицательно заряженных электронов и их роли в электрическом токе.

Таким образом, по соглашению ток идет от плюса (+) к минусу (-). Но учтите, что на самом деле отрицательно заряженные электронов движутся в направлении, противоположном направлению тока . Электроны движутся от (-) к (+).

Вам просто нужно помнить, что электроны движутся в направлении, противоположном направлению тока.

Другие конфигурации

Помимо перемещения провода через магнитное поле, вы также можете создать электрический ток в проводе, перемещая магниты и удерживая провод неподвижно.

Другой метод создания тока состоит в том, чтобы оставить оба неподвижными, но изменить магнитное поле. Этот метод используется для изменения напряжения переменного тока в электрических трансформаторах.

(дополнительную информацию см. в разделе «Трансформаторы переменного тока»).

Петля закручена

Если из провода сделать петлю, которая затем закручена или вращается в магнитном поле, вы можете получить непрерывный ток. Поскольку каждая сторона петли движется в другом направлении в магнитном поле, ток течет по петле в зависимости от того, в каком направлении она вращается.

Ток передачи

Также должен быть какой-то способ передачи тока на остальную часть цепи. В генераторе переменного тока это достигается наличием кольца на каждом конце провода. Металлический контакт или щетка трется или скользит по каждому кольцу, позволяя электричеству течь по цепи. В генераторе постоянного тока это делается с помощью одного разъемного кольца, называемого коммутатором. Генератор переменного тока использует два контактных кольца.

Сравнение контуров и колец постоянного и переменного тока

Генератор в действии

Следующая анимация показывает генератор переменного тока в действии. При перемещении одной стороны петли к другому полюсу магнитного поля ток в ней меняет направление. Два токосъемных кольца генератора переменного тока позволяют току менять направление и становиться переменным током.

Простой генератор переменного тока

(Изображение из серии передач PBS American Experience: Внутри генератора переменного тока)

В генераторе постоянного тока коммутатор с разъемным кольцом приспосабливается к изменению направления тока в петле, создавая таким образом постоянный ток, проходящий через щетки в цепь.

Обратите внимание, что постоянный ток не является постоянным значением. Скорее это «ухабистый» сигнал, с нулевым напряжением при обрыве кольца. Мощность от тока может быть математически описана как квадрат синусоиды. Поскольку большинство генераторов постоянного тока имеют более одного контура, «удары» выравниваются и не замечаются.

Чем быстрее провод проходит через магнитное поле, тем больше сила тока.

Полноразмерные генераторы

Вместо одного контура генераторы, используемые для подачи электроэнергии в дома и предприятия, имеют несколько магнитов и контуров, состоящих из проводов, намотанных на железный сердечник, подобно электромагниту. Чем больше витков провода проходит через магнитное поле, тем выше создаваемое напряжение.

Большой генератор с несколькими обмотками

Генераторы, используемые для обеспечения населения электричеством, огромны. Ротор может быть более 10 футов в диаметре.

Может использоваться в качестве двигателя

Обратите внимание, что когда провод генератора намотан на железный сердечник, его также можно использовать в качестве электродвигателя. Вместо того, чтобы вращать петли в магнитном поле для создания электричества, по проводам проходит ток, создавая электромагниты. Затем внешние магниты будут отталкивать электромагниты и вращать вал как электродвигатель.

Если ток постоянный, коммутаторы с разъемным кольцом необходимы для создания двигателя постоянного тока. Если ток переменный, два токосъемных кольца необходимы для создания двигателя переменного тока.

Осмотрите отключенный от сети электродвигатель, чтобы увидеть, как мотор и генератор выглядят внутри.

Краткий обзор

При перемещении провода через магнитное поле генерируется электрический ток. Электрические генераторы вращают катушку проводов через магнитное поле. Разница между генератором переменного тока и генератором постоянного тока заключается в том, что генератор переменного тока использует контактные кольца для передачи тока в электрическую цепь, а генератор постоянного тока использует коммутатор с разъемным кольцом. Очень большие генераторы производят электроэнергию для населения. Электродвигатель очень похож на генератор, за исключением того, что мощность подается на вращение роторов.

Знание того, что вы сделали все возможное, заставляет вас чувствовать себя хорошо

Ресурсы и ссылки

Учетные данные Рона Куртуса

Веб-сайты

Источники постоянного и переменного тока

4 4 3 Ресурсы по физике

Книги

( Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные за покупку книг)

Книги с самым высоким рейтингом по производству электроэнергии

Поделиться этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
electric_current_generation. htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Темы по физике
Генерация электрического тока

Раскрыта тайна индуцированных потоком электрических токов

17 февраля 2023 г. • Физика 16, 26

Вибрации являются основными движущими силами загадочного процесса, при котором поток жидкости генерирует электрический ток в твердом теле под ним.

Издательство AIP/KAKENHI/CC BY-NC 4.0

Двойной ток. Жидкость, протекающая по углеродному материалу, может генерировать электрический ток в твердом теле (обозначается буквой «I»). Эксперименты показывают, что эффект зависит от фононов, генерируемых столкновениями на границе жидкость-твердое тело.
×
Известно, что жидкость, протекающая по проводящей поверхности, производит электрический ток, но механизм этого эффекта до конца не ясен. Новые эксперименты с одиночной каплей жидкости, протаскиваемой по поверхности графена, демонстрируют, что силы вязкости на границе раздела жидкость-твердое тело создают вибрации или фононы в графеновом листе, увлекающие электроны в направлении потока [1]. Исследователи подтвердили эту интерпретацию «фононного ветра», наблюдая за несколькими жидкостями и тестируя поверхности графена со складками и без них. В результате могут быть созданы высокочувствительные датчики потока или устройства, которые могут собирать электричество из потоков.
Исследователи обнаружили, что вода, протекающая по материалу, в частности, по углеродным нанотрубкам или графену, может генерировать электрические токи в твердом теле. Эффект проявляется в углеродных материалах, потому что поверхности атомарно плоские и, таким образом, позволяют жидкости течь в значительной степени беспрепятственно на границе жидкость-твердое тело, объясняет Алессандро Сириа из Высшей нормальной школы во Франции. Было предложено несколько моделей для объяснения токов, вызванных потоком, часто с участием зарядов внутри жидкости, действующих на электроны в твердом теле. Однако экспериментальные неопределенности помешали исследователям определить, какая модель лучше.
Чтобы помочь решить эту проблему, Сириа и его коллеги разработали эксперимент, в котором одна капля жидкости перетаскивается по поверхности графена. «Использование одной нанокапли позволяет нам работать с идеальной конфигурацией модели, в которой известен каждый параметр, а экспериментальные результаты можно лучше сравнить с теорией», — говорит Сириа. Установка команды состояла из небольшой пипетки, приклеенной к камертонному зонду виброчувствительного микроскопа. С каплей, удерживаемой на обращенном вниз наконечнике пипетки, команда опустила зонд к графену и использовала вибрации вилки, чтобы определить, когда капля соприкоснулась с поверхностью.
М. Лизе и др. . [1]
Бросьте и перетащите. Используя маленькую пипетку, прикрепленную к зонду микроскопа в форме камертона, исследователи смогли точно поместить одну каплю жидкости на лист графена. Перемещая каплю вперед и назад, они моделировали течение по поверхности. Этот поток индуцировал ток в графене, что было зафиксировано электродами (полоски золотого цвета), расположенными у краев листа. Бросьте и перетащите. Используя маленькую пипетку, прикрепленную к зонду микроскопа в форме камертона, исследователи смогли точно поместить одну каплю жидкости на лист графена. Перемещая каплю вперед-назад, они имитировали обтекание поверхности. … Показать еще
М. Лизе и др. . [1]
Бросьте и перетащите. Используя маленькую пипетку, прикрепленную к зонду микроскопа в форме камертона, исследователи смогли точно поместить одну каплю жидкости на лист графена. Перемещая каплю вперед и назад, они моделировали течение по поверхности. Этот поток индуцировал ток в графене, что было зафиксировано электродами (полоски золотого цвета), расположенными у краев листа.
×
Затем группа смоделировала движение потока, перемещая каплю вперед и назад по горизонтали. Электроды регистрировали электрический ток в графене около 10 наноампер, когда капля двигалась в одном направлении, и отрицательный ток, когда она двигалась в противоположном направлении. Величина генерируемого тока существенно не изменилась, когда команда переключилась с ионной жидкости, содержащей заряженные молекулы, на нейтральную жидкость. Этот результат означает, что зарядовые взаимодействия между жидкостью и твердым телом не играют существенной роли в индуцированных потоком токах.
В другом тесте исследователи обнаружили, что в образцах графена со складками измеряется больший ток, чем в образцах без складок. Чтобы объяснить такое поведение, команда разработала микроскопическую модель, включающую эффект столкновения молекул жидкости с твердой поверхностью и генерации фононов, движущихся в направлении потока [2]. Эти фононы передают часть своего импульса электронам в графене, подобно ветру, дующему на облако пыли. Этот механизм фононного ветра был предложен десять лет назад, но новая модель описывает способ, которым морщины усиливают столкновения жидкости и твердого тела, возбуждающие фононы в графене.
Полученные данные могут помочь в разработке приложений, использующих индуцированные потоком токи. Например, несколько исследовательских групп работают над устройствами сбора энергии, которые могли бы преобразовывать потоки жидкости — например, капли дождя, скатывающиеся по поверхности крыши — в электрический ток. Другие разрабатывают датчики на основе углерода, которые могут измерять крошечные потоки внутри микрожидкостных чипов. По словам Сириа, эти технологии можно улучшить, модифицировав углеродные поверхности таким образом, чтобы увеличить производство фононов.
«Статья очень богата и поучительна во многих аспектах, которые до сих пор никогда не рассматривались на наноскопическом уровне», — говорит теоретик конденсированных сред Эрио Тосатти из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Италии. Мин Ма, исследователь наномеханики из Университета Цинхуа в Китае, говорит, что был удивлен, увидев, что фононные взаимодействия играют доминирующую роль в индуцированных потоком токах. «Механизм, предложенный в этой статье, может способствовать управлению наноразмерным потоком и может в дальнейшем применяться при проектировании наножидкостных цепей или устройств для выработки электроэнергии на основе электрокинетики», — говорит Ма.
– Майкл Ширбер
Майкл Ширбер является корреспондентом журнала Physics Magazine из Лиона, Франция.
Ссылки
М. Лизе и др. , «Сильные электронные ветры, дующие под потоками жидкости на углеродных поверхностях», Phys. X 13 , 011020 (2023).
B. Coquinot и др. , «Квантовая обратная связь на границе твердое тело-жидкость: электронный ток, индуцированный потоком, и его отрицательный вклад в трение», Phys. Ред. X 13 , 011019 (2023).
Предметные области
Физика конденсированных сред Гидродинамика
Статьи по теме
Физика конденсированных сред
Новая карта в рукаве графена 2 917 3 апреля,
0
0 005
Обнаружено, что графен обладает магнитосопротивлением, превосходящим все известные материалы при комнатной температуре — поведение, которое может привести к созданию новых магнитных датчиков и помочь расшифровать физику странных металлов. Подробнее »
Fluid Dynamics
Промывка вихрями
14 апреля 2023 г.