Магнитное поле и его характеристики • СПАДИЛО

Определение

Магнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими частицами.

Основные свойства магнитного поля

• Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
• Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).
• Магнитное поле существует независимо от нас, от наших знаний о нем.

Вектор магнитной индукции

Определение

Вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью. Обозначается как→B. Единица измерения — Тесла (Тл).

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равна 1 Н. 1 Н/(А∙м) = 1 Тл.

Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:

B=FAmaxIl..

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

Особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Поэтому

магнитное поле — вихревое поле.

Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобным электрическим, в природе нет.

Напряженность магнитного поля

Определение

Вектор напряженности магнитного поля — характеристика магнитного поля, определяющая густоту силовых линий (линий магнитной индукции). Обозначается как →H. Единица измерения — А/м.

→H=→Bμμ0..

μ — магнитная проницаемость среды (у воздуха она равна 1), μ0 — магнитная постоянная, равная 4π·10−7 Гн/м.

Внимание! Направление напряженности всегда совпадает с направлением вектора магнитной индукции: →H↑↑→B.

Направление вектора магнитной индукции и способы его определения

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции, нужно:

1. Расположить в магнитном поле компас.
2. Дождаться, когда магнитная стрелка займет устойчивое положение.
3. Принять за направление вектора магнитной индукции направление стрелки компаса «север».

В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции выходит из северного полюса:

При определении направления вектора магнитной индукции с помощью витка с током следует применять правило буравчика:

При вкручивании острия буравчика вдоль направления тока рукоятка будет вращаться по направлению вектора →B магнитной индукции.

Отсюда следует, что:

• Если по витку ток идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции →B направлен вверх.

• Если по витку ток идет по часовой стрелке, то вектор магнитной индукции →B направлен вниз.

Способы обозначения направлений векторов:

Вверх
Вниз
Влево
Вправо
На нас перпендикулярно плоскости чертежа
От нас перпендикулярно плоскости чертежа

Пример №1. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор магнитной индукции в точке С?

Если мысленно начать вкручивать острие буравчика по направлению тока, то окажется, что вектор магнитной индукции в точке С будет направлен к нам — к наблюдателю.

Магнитное поле прямолинейного тока

Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружностей совпадает с осью проводника.

Вид сверху:

Если ток идет вверх, то силовые линии направлены против часовой стрелки. Если вниз, то они направлены по часовой стрелке. Их направление можно определить с помощью правила буравчика или правила правой руки:

Правило буравчика (правой руки)

Если большой палец правой руки, отклоненный на 90 градусов, направить в сторону тока в проводнике, то остальные 4 пальца покажут направление линий магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции на расстоянии r от оси проводника:

B=μμ0I2πr..

Модуль напряженности:

H=I2πr.

Магнитное поле кругового тока

Силовые линии представляют собой окружности, опоясывающие круговой ток. Вектор магнитной индукции в центре витка направлен вверх, если ток идет против часовой стрелки, и вниз, если по часовой стрелке.

Определить направление силовых линий магнитного поля витка с током можно также с помощью правила правой руки:

Если расположить четыре пальца правой руки по направлению тока в витке, то отклоненный на 90 градусов большой палец, покажет направление вектора магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции в центре витка, радиус которого равен R:

B=μμ0I2R..

Модуль напряженности в центре витка:

H=I2R..

Пример №2. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. Точка А находится на горизонтальной прямой, проходящей через центр витка. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо) вектор магнитной индукции магнитного поля в точке А?

Если мысленно обхватить виток так, чтобы четыре пальца правой руки были бы направлены в сторону тока, то отклоненный на 90 градусов большой палец правой руки показал бы, что вектор магнитной индукции в точке А направлен вправо.

Магнитное поле электромагнита (соленоида)

Определение

Соленоид — это катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра.

Число витков в соленоиде N определяется формулой:

N=ld..

l — длина соленоида, d — диаметр проволоки.

Линии магнитной индукции являются замкнутыми, причем внутри соленоида они располагаются параллельно друг другу. Поле внутри соленоида однородно.

Если ток по виткам соленоида идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции →B внутри соленоида направлен вверх, если по часовой стрелке, то вниз. Для определения направления линий магнитной индукции можно воспользоваться правилом правой руки для витка с током.

Модуль вектора магнитной индукции в центральной области соленоида:

B=μμ0INl..=μμ0Id..

Модуль напряженности магнитного поля в центральной части соленоида:

H=INl..=Id..

Алгоритм определения полярности электромагнита

1. Определить полярность источника.
2. Указать на витках электромагнита условное направление тока (от «+» источника к «–»).
3. Определить направление вектора магнитной индукции.
4. Определить полюса электромагнита. Там, откуда выходят линии магнитной индукции, располагается северный полюс электромагнита (N, или «–». С противоположной стороны — южный (S, или «+»).

Пример №3. Через соленоид пропускают ток. Определите полюсы катушки.

Ток условно течет от положительного полюса источника тока к отрицательному. Следовательно, ток течет по виткам от точки А к точке В. Мысленно обхватив соленоид пальцами правой руки так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках соленоида, отставим большой палец на угол 90 градусов.

Он покажет направление линий магнитной индукции внутри соленоида. Проделав это, увидим, что линии магнитной индукции направлены вправо. Следовательно, они выходят из В, который будет являться северным полюсом. Тогда А будет являться южным полюсом.

Задание EF17530

На рисунке изображён круглый проволочный виток, по которому течёт электрический ток. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен

Ответ:

а) вертикально вверх в плоскости витка

б) вертикально вниз в плоскости витка

в) вправо перпендикулярно плоскости витка

г) влево перпендикулярно плоскости витка

---

Алгоритм решения

1.Определить правило, по которому можно определить направление вектора магнитной индукции в данном случае.

2.Применить выбранное правило и определить направление вектора магнитной индукции относительно рисунка.

Решение

По условию задачи мы имеем дело с круглым проволочным витком. Поэтому для определения вектора →B магнитной индукции мы будем использовать правило правой руки.

Чтобы применить это правило, нам нужно знать направление течение тока в проводнике. Условно ток течет от положительного полюса источника к отрицательному. Следовательно, на рисунке ток течет по витку в направлении хода часовой стрелки.

Теперь можем применить правило правой руки. Для этого мысленно направим четыре пальца правой руки в направлении тока в проволочном витке. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает относительно рисунка влево. Это и есть направление вектора магнитной индукции.

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18109

Магнитная стрелка компаса зафиксирована на оси (северный полюс затемнён, см. рисунок). К компасу поднесли сильный постоянный полосовой магнит и освободили стрелку. В каком положении установится стрелка?

Ответ:

а) повернётся на 180°

б) повернётся на 90° по часовой стрелке

в) повернётся на 90° против часовой стрелки

г) останется в прежнем положении

---

Алгоритм решения

1. Вспомнить, как взаимодействуют магниты.
2. Определить исходное положение полюсов.
3. Определить конечное положение полюсов и установить, как изменится положение магнитной стрелки.

Решение

Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются. Изначально южный полюс магнитной стрелки находится справа, а северный — слева. Полосовой магнит подносят к ее южному полюсу северной стороной. Поскольку это разноименные полюса, положение магнитной стрелки не изменится.

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18266

Непосредственно над неподвижно закреплённой проволочной катушкой вдоль её оси на пружине подвешен полосовой магнит (см. рисунок). Куда начнёт двигаться магнит сразу после замыкания ключа? Ответ поясните, указав, какие физические явления и законы Вы использовали для объяснения.

---

Алгоритм решения

1. Определить направление тока в соленоиде.
2. Определить полюса соленоида.
3. Установить, как будет взаимодействовать соленоид с магнитом.
4. Установить, как будет себя вести магнит после замыкания электрической цепи.

Решение

Чтобы определить направление тока в соленоиде, посмотрим на расположение полюсов источника тока. Ток условно направлен от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, относительно рисунка ток в витках соленоида направлен по часовой стрелке.

Зная направление тока в соленоиде, можно определить его полюса. Северным будет тот полюс, из которого выходят линии магнитной индукции. Определить их направление поможет правило правой руки для соленоида. Мысленно обхватим соленоид так, чтобы направление четырех пальцев правой руки совпадало с направлением тока в витках соленоида. Теперь отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление вектора магнитной индукции. Проделав все манипуляции, получим, что вектор магнитной индукции направлен вниз. Следовательно, внизу соленоида расположен северный полюс, а вверху — южный.

Известно, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Подвешенный полосовой магнит обращен к южному полюсу соленоида северным полюсом. А это значит, что при замыкании электрической цепи он будет растягивать пружину, притягиваясь к соленоиду (двигаться вниз).

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 23.2k

Магнитное поле, его свойства

Магнитное поле, его свойства

Исследования Ампера… принадлежат к числу самых блестящих работ, которые проведены когда-либо в науке

Джеймс Клерк Максвелл

Магнесия

Магнетит

III век до н. э.

Начало XII века

Первый китайский компас

Плавающая игла европейцев

S

N

Притяжение

Отталкивание

 

 

 

 

Взаимодействие

проводников с током

1820 год

Притягиваются

Отталкиваются

Андре-Мари Ампер

Опыт Х. К. Эрстеда

Взаимодействия между проводниками с током, называют магнитными.

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Ханс Кристиан Эрстед

4

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитные поля

компенсируются.

Ориентация контура с током

характеризуется направлением нормали к контуру.

Правило правого винта (буравчика):

если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие .

Электрическое поле

Необходимо было бы ввести величину, которая будет также количественно характеризовать магнитное поле.

 

— напряженность электрического поля.

 

 

 

 

Магнитный момент — физическая величина, равная произведению силы тока I на площадь S , ограниченную контуром.

Рамка с током

 

 

 

Направление совпадает с направлением положительной нормали к контуру.

 

Вращающий момент зависит от расположения контура в магнитном поле.

Максимальный вращающий момент

 

M = 0

 

Отношение максимального вращающего момента к магнитному моменту для всех контуров одно и то же:

 

 

M = M max

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

 

 

 

полностью характеризует МП.

 

Никола Тесла

Направление вектора магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукции принимается направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки , свободно устанавливаю-щейся в магнитном поле.

S

N

I

I

 

 

Графическое изображение магнитных полей

Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

 

 

1

8

 

2

 

Через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и причем только одну .

3

7

 

4

 

6

Линии магнитной индукции не пересекаются .

5

 

 

Линии магнитной индукции замкнуты .

 

Магнитное поле — это вихревое поле.

 

Фундаментальное свойство магнитного поля:

Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.

Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля .

 

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

I

Линии магнитной индукции магнитного поля прямолинейного тока представляют собой концентрические окружности , расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику, с центром на оси проводника.

Правило буравчика (правило правого винта):

если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитной индукции поля прямого проводника с током.

I

I

 

 

Изображение магнитного поля

От нас за чертеж

Из-за чертежа к нам

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

I

 

µ — магнитная проницаемость среды;

µ 0 — магнитная постоянная;

 

 

I — сила тока в проводнике;

r — расстояние от проводника до точки, в которой вычисляется магнитная индукция.

Магнитное поле кругового тока

Линии магнитной индукции не являются правильными окружностями , но они замыкаются .

Правило правого винта:

если головку винта вращать в направлении тока в проводнике, то поступательное движение острия винта покажет направление магнитной индукции в центре кругового тока.

 

I

 

Магнитное поле соленоида

Соленоид — это катушка цилиндрической формы из проволоки, витки которой намотаны вплотную друг к другу в одном направлении, а длина катушки значительно больше радиуса витка.

если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Правило правой руки:

 

N — число витков в соленоиде;

l — длина соленоида.

13

Северный географи-ческий полюс

Южный магнитный полюс

Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.

Главные выводы

 

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

 

 

Магнитное поле — это вихревое поле .

 

Магнитных зарядов в природе не существует.

I

В каждой точке поля вектор магнитной индукции имеет определенное направление, которое можно определить по правилу буравчика.

 

Магнитные свойства материи и магнитного поля

Магниты — очень полезные инструменты, которые мы используем каждый день, даже не осознавая этого. Знаете ли вы, что магниты присутствуют внутри компьютеров, которые мы используем, или телевизоров, которые мы смотрим? Да все верно! Многие приборы, которыми мы пользуемся, содержат магниты разного размера, от едва заметных пятнышек до гигантских.

Как вы уже знаете, магниты — это объекты, которые могут притягивать или отталкивать другие магнитные материалы или металлы, такие как железо и сталь. Но почему это происходит?

Здесь вы узнаете больше об основных законах магнетизма и магнитных свойствах материи.

Закон магнетизма

Самый фундаментальный закон магнетизма состоит в том, что одноименные полюса притягиваются, а противоположные полюса отталкиваются друг от друга. Самые сильные силы притяжения в магнитном объекте находятся на двух концах, называемых северным полюсом и южным полюсом.

Северный и южный полюса магнита окружены множеством невидимых силовых линий магнитного поля. Линии магнитного поля — это визуальный инструмент, который используется для представления магнитного поля, невидимого поля вокруг объекта, оказывающего магнитное воздействие. Эти магнитные линии образуют цепь, когда она движется с севера на юг и обратно на север. Магнитная сила вокруг северного и южного полюсов одинаково сильна, тогда как в средней части между полюсами она слабее.

Таким образом, согласно закону магнетизма, если вы поместите вместе два южных полюса магнитов, магниты будут отталкиваться друг от друга из-за силы магнитного поля. И наоборот, размещение одного северного полюса и одного южного полюса в общем магнитном поле приведет к слипанию обоих магнитов

Различные типы магнитов

Существует 3 различных типа магнитов: временные, постоянные и электромагниты. Они классифицируются в зависимости от их магнетизма.

Временные магниты намагничиваются в присутствии магнитного поля. Некоторые другие материалы, которые могут действовать как временный магнит, — это скрепки и гвозди.

Постоянные магниты не теряют свой магнетизм легко. Это кусок материала, который сохраняет свой магнетизм, даже если он не подвергается воздействию каких-либо внешних магнитных полей. Некоторые примеры включают альнико и ферриты.

Электромагниты создаются путем помещения металлического сердечника внутрь катушки с проводом, по которому течет электрический ток. Находящееся под напряжением ядро ​​образует магнитное поле. При отключении тока магнитное поле исчезает. В таких устройствах, как телевизоры и компьютеры, используются электромагниты.

Любая материя проявляет магнитные свойства, если ее поместить во внешнее магнитное поле.

Как сделать временный магнит?

Все объекты состоят из множества крошечных частиц, называемых атомами. В каждом атоме есть электроны, которые несут электрические заряды. Движение электронов порождает электрический ток, который порождает магнитное поле.

Чтобы вызвать магнетизм объекта, материал с сильными магнитными свойствами, такой как железо или сталь, должен войти в магнитное поле существующего магнита. Например, когда вы проводите куском железа вдоль магнита, полюса атома, ищущие север, выстраиваются в одном и том же направлении. Магнитное поле создается силой, создаваемой выровненными атомами. Поэтому этот кусок железа станет магнитом.

Резюме

Законы магнетизма глубоко влияют на нашу повседневную жизнь. Многие из приборов, которые мы используем, или виды деятельности, которыми мы занимаемся, состоят из магнитов. Изучение фундаментальных законов магнетизма может помочь вам увидеть мир в другом свете.

Если вашему ребенку нужны занятия по физике уровня O, подумайте о том, чтобы записаться к нам! Наш опытный репетитор может помочь вашему ребенку узнать больше о различных понятиях и законах физики, подтолкнув их к большим достижениям в школе! Начните заниматься физикой уже сегодня!

Что вызывает магнетизм?

Что такое магнетизм?

Магнетизм — это физическое свойство, возникающее в результате движения электрического заряда, в результате чего между объектами возникают силы притяжения и отталкивания. У всех магнитов есть два конца, где его магнитные эффекты наиболее сильны. Эти области называются полюсами магнитов. Когда два магнита приближаются друг к другу, они действуют друг на друга. Магнитные силы ведут себя как электрические силы, включающие притяжение и отталкивание. Магнитные полюса всегда появляются парами. Если магнит разрезать пополам, каждая часть все равно будет иметь северный и южный полюса.

Какова единица измерения магнитного поля?

Термин « магнитное поле » используется для двух разных, но тесно связанных полей, обозначаемых символами B и H. В Международной системе единиц H измеряется в единицах ампер на метр. и B измеряется в теслах или ньютонах на метр на ампер.

 

Откуда берется магнетизм?

Все атомы состоят из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые тесно связаны друг с другом сильным взаимодействием, и электронов, которые, как считается, вращаются вокруг ядра, связанного электрической силой. Электроны также вращаются или вращаются вокруг своей оси. Вращение электрона создает магнитный диполь. Одно из фундаментальных свойств электрона состоит в том, что он обладает магнитным дипольным моментом, т. е. ведет себя как крошечный магнит. См. изображение ниже.

 

 

Если большинство электронов в атоме вращается в одном направлении, создается сильное магнитное поле. Направление вращения электронов определяет направление магнитного поля. Если одинаковое количество электронов в атоме вращается в противоположных направлениях, спины электронов компенсируются. Таким образом, магнетизм также будет отменен.

Что такое ферромагнетизм?

Ферромагнетизм — это основной механизм, с помощью которого определенные материалы (например, железо) образуют постоянные магниты или притягиваются к магнитам. В физике различают несколько различных типов магнетизма. Ферромагнетизм является самым сильным типом: он единственный, который обычно создает силы, достаточно сильные, чтобы их можно было почувствовать, и отвечает за обычные явления магнетизма в магнитах, встречающиеся в повседневной жизни. Ферромагнитные материалы, такие как мягкое железо, легко намагничиваются, если вы поднесете железный гвоздь близко к магниту и погладите его в том же направлении, тогда они могут сохранить свой магнетизм даже после извлечения из магнита.

 

Что такое магнитное поле?

Область действия магнитных сил называется магнитным полем.

Магнитное поле представлено силовыми линиями, идущими от одного полюса магнита к другому полюсу. В повседневной жизни магнитные поля чаще всего встречаются как сила, создаваемая постоянными магнитами, которые притягивают ферромагнитные материалы, такие как железо, кобальт или никель, и притягивают или отталкивают другие магниты.

На верхнем изображении показаны силовые линии между двумя магнитами. На правом изображении показана сила отталкивания между двумя северными полюсами. На левом изображении показаны линии сил притяжения между северным и южным полюсами магнитов.

Что такое магнитный домен?

Вы можете думать о магнитном домене как о крошечном магните с северным полюсом и южным полюсом. Свойства этих магнитов, как указано выше, обусловлены действием вращающихся электронов в атомах. Группы атомов соединяются таким образом, что все их магнитные поля расположены в одном направлении. Область, в которой магнитные поля отдельных атомов выстроены в одном направлении, называется магнитный домен. Все материалы состоят из множества магнитных доменов. В ненамагниченных материалах домены случайным образом выровнены в разных направлениях и компенсируют друг друга.

Материал из ненамагниченного материала

В магните все домены ориентированы в одном направлении. В случае гвоздя домены могут быть выровнены в одном направлении, в результате чего гвоздь становится магнитным. Когда ферромагнитный материал помещается в сильное магнитное поле, все домены выстраиваются в линию и создают сильное магнитное поле. Это объясняет, как магнит может поднять группу железных скрепок. Магнит выравнивает все домены в скрепке, создавая крошечные магниты внутри скрепки. Когда магнит удаляется, домены возвращаются в свое случайное состояние.

Материал из намагниченного материала

Даже сильный магнит можно размагнитить, если домены разрушаются под действием силы или тепла.