Как определить направление вектора магнитной индукции

Содержание:

Физический смысл магнитной индукции

Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру (катушка состоит из металла). В кристаллической решетке металла расположены электрические заряды — электроны. Если на металл не оказывать ни какое магнитное воздействие, то заряды (электроны) находятся в покое и никуда не движутся.

В результате чего в металле возникает электрический ток. Сила этого тока зависит от физических свойств магнита и катушки и скорости перемещения одного относительно другого.

При помещении металлической катушки в магнитное поле заряженные частицы металлический решетки (в кашутке) поворачиваются на определенный угол и размещаются вдоль силовых линий магнитного поля.

Чем выше сила магнитного поля, тем больше количество частиц поворачиваются и тем более однородным будет являться их расположение.

Магнитные поля, ориентированные в одном направлении не нейтрализуют друг друга, а складываются, формируя единое поле.

Формула магнитной индукции

где, В — вектор магнитной индукции, F — максимальная сила действующая на проводник с током, I — сила тока в проводнике, l — длина проводника.

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.

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.

Линию, к которой можно провести касательную, совпадающую с B→, называют линией магнитной индукции (МИ). С помощью таких линий можно визуально отобразить магнитное поле. Это сомкнутые контурные чёрточки, которые охватывают токи. Их густота всегда пропорциональна величине B→ в конкретной точке МП.

Информация. Когда имеют дело с МП прямого движения заряженных частиц, то эти линии изображаются в виде концентрических окружностей. Они имеют свой центр, расположенный на прямой линии с током, и находятся в плоскостях, расположенных под прямым углом к нему.

С направлением магнитных линий также можно определиться, пользуясь правилом буравчика.

В начале 19 века ученые обнаружили, что магнитное поле создается вокруг проводника с протекающим по нему током. Возникшие силовые линии ведут себя по таким же правилам, как и с природным магнитом. Больше того, взаимодействие электрического поля проводника с током и магнитного поля послужило основой электромагнитной динамики.

Понимание ориентации в пространстве сил во взаимодействующих полях позволяет рассчитать осевые вектора:

• Магнитной индукции;
• Величины и направления индукционного тока;
• Угловой скорости.

Такое понимание было сформулировано в правиле буравчика.

Совместив поступательное движение правостороннего буравчика с направлением тока в проводнике получаем направление линий магнитного поля, на которое указывает вращение рукоятки.

Не являясь законом физики, правило буравчика в электротехнике применяется для определения не только направления силовых линий магнитного поля зависящего от вектора тока в проводнике, но и наоборот, определение направления тока в проводах соленоида в связи с вращением линий магнитной индукции.

Понимание этой взаимосвязи позволило Амперу обосновать закон вращающихся полей, что привело к созданию электрических двигателей различного принципа. Вся втягивающая аппаратура, использующая катушки индуктивности, соблюдает правило буравчика.

Основные формулы для вычисления вектора МИ

Вектор магнитной индукции, формула которого B = Fm/I*∆L, можно находить, применяя другие математические вычисления.

Закон Био-Савара-Лапласа

Формула ЭДС индукции

Описывает правила нахождения B→ магнитного поля, которое создаёт постоянный электроток. Это экспериментально установленная закономерность. Био и Савар в 1820 году выявили её на практике, Лапласу удалось сформулировать. Этот закон является основополагающим в магнитостатике. При практическом опыте рассматривался неподвижный провод с малым сечением, через который пропускали электроток. Для изучения выбирался малый участок провода, который характеризовался вектором dl. Его модуль соответствовал длине рассматриваемого участка, а направление совпадало с направлением тока.

Интересно. Лаплас Пьер Симон предложил считать током даже движение одного электрона и на этом утверждении, с помощью данного закона, доказал возможность определения МП продвигающегося точечного заряда.

Согласно этому физическому правилу, каждый сегмент dl проводника, по которому протекает электрический ток I, образовывает в пространстве вокруг себя на промежутке r и под углом α магнитное поле dB:

dB = µ0 *I*dl*sin α /4*π*r2,

где:

• dB – магнитная индукция, Тл;
• µ0 = 4 π*10-7 – магнитная постоянная, Гн/м;
• I – сила тока, А;
• dl – отрезок проводника, м;
• r – расстояние до точки нахождения магнитной индукции, м;
• α – угол, образованный r и вектором dl.

Важно! Согласно закону Био-Савара-Лапласа, суммируя векторы магнитных полей отдельных секторов, можно определить МП нужного тока. Оно будет равно векторной сумме.

Закон Био-Савара-Лапласа

Существуют формулы, описывающие этот закон для отдельных случаев МП:

• поля прямого перемещения электронов;
• поля кругового движения заряженных частиц.

Формула для МП первого типа имеет вид:

В = µ* µ0*2*I/4*π*r.

Для кругового движения она выглядит так:

В = µ*µ0*I/4*π*r.

В этих формулах µ – это магнитная проницаемость среды (относительная).

Рассматриваемый закон вытекает из уравнений Максвелла. Максвелл вывел два уравнения для МП, случай, где электрическое поле постоянно, как раз рассматривают Био и Савар.

Принцип суперпозиции

Для МП существует принцип, согласно которому общий вектор магнитной индукции в определённой точке равен векторной сумме всех векторов МИ, созданных разными токами в данной точке:

B→= B1→+ B2→+ B3→… + Bn→

Принцип суперпозиции

Теорема о циркуляции

Изначально в 1826 году Андре Ампер сформулировал данную теорему. Он разобрал случай с постоянными электрическими полями, его теорема применима к магнитостатике. Теорема гласит: циркуляция МП постоянного электричества по любому контуру соразмерна сумме сил всех токов, которые пронизывают этот контур.

Стоит знать! Тридцать пять лет спустя Д. Максвелл обобщил это утверждение, проведя параллели с гидродинамикой.

Другое название теоремы – закон Ампера, описывающий циркуляцию МП.

Математически теорема записывается следующим образом.

Математическая формула теоремы о циркуляции

где:

• B→– вектор магнитной индукции;
• j→ – плотность движения электронов.

Это интегральная форма записи теоремы. Здесь в левой части интегрируют по некоторому замкнутому контуру, в правой части – по натянутой поверхности на полученный контур.

Магнитный поток

Одна из физических величин, характеризующих уровень МП, пересекающего любую поверхность, – магнитный поток. Обозначается буквой φ и имеет единицу измерения вебер (Вб). Эта единица характерна для системы СИ. В  СГС магнитный поток измеряется в максвеллах (Мкс):

108 Мкс = 1 Вб.

Магнитный поток φ определяет величину МП, пронизывающую определённую поверхность. Поток φ зависит от угла, под которым поле пронизывает поверхность, и силы поля.

Формула для расчёта имеет вид:

φ = |B*S| = B*S*cosα,

где:

• В – скалярная величина градиента магнитной индукции;
• S – площадь пересекаемой поверхности;
• α – угол, образованный потоком Ф и перпендикуляром к поверхности (нормалью).

Внимание! Поток Ф будет наибольшим, когда B→ совпадёт с нормалью по направлению (угол α = 00). Аналогично Ф = 0, когда он проходит параллельно нормали (угол α = 900).

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции, или магнитная индукция, указывает направление поля. Применяя простые методы: правило буравчика, свободно ориентирующуюся магнитную стрелку или контур с током в магнитном поле, можно определить направление действия этого поля.

Другие формулы, где встречается B

Эти формулы также можно использовать для её расчёта.

Сила Ампера:

Сила Ампера: Fa=IBL sinα

Где:

• Fa — сила Ампера (в Н — ньютон)
• I — сила тока (в А — ампер)
• B — индукция магнитного поля (в Тл)
• L — длина проводника (в м)
• α — угол между вектором В и одним из направлений (силы тока, скорости или др. ; измеряется в рад. или град.)

Сила Лоренца:

Сила Лоренца: Fл = qvB sinα

Где:

• Fл — сила Лоренца (в Н — ньютон)
• q — заряд частицы (в Кл — кулон)
• v — скорость (в м/с)
• B — индукция (в Тл)
• α — угол между вектором В и одним из направлений (силы тока, скорости, или др.; измеряется в рад. или град.))

Магнитный поток:

Магнитный поток: Ф = BS cosα

Где:

• Ф — магнитный поток (в Вб – вебер)
• B — индукция (в Тл)
• S — площадь рамки (в м²)
• α — угол между вектором В и одним из направлений (силы тока, скорости, или др.; измеряется в рад. или град.))

Электромагнитная индукция и магнитная индукция: какая между ними разница?

Электромагнитная индукция — это производство электродвижущей силы, создаваемой в результате относительного движения между магнитным полем и проводником.

Магнитная индукция может производить постоянный магнит, но может и не производить.

Электромагнитная индукция создаёт ток, но таким образом, что этот созданный ток противодействует изменению магнитного поля.

В электромагнитной индукции используются магниты и электрические цепи, а в магнитной индукции используются только магниты и магнитные материалы.

Предыдущая

РазноеЭлектротехника для чайников. Как научиться разбираться в электрике: уроки для начинающих

Следующая

РазноеАвтоматический выключатель — от чего защищает и как он устроен

Физика Направление тока и направление линий его магнитного поля

Материалы к уроку

Конспект урока

Направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике. Убедимся в этом, проведя следующий опыт. Мы знаем, что магнитные стрелки обычно ориентируются, показывая направление магнитных полюсов Земли. Пропустим по прямому проводнику ток.  Поднесем магнитную стрелку под прямой проводник. Ее ориентация меняется. Она направлена перпендикулярно проводнику, вдоль которого движутся заряженные частицы. фПоменяем полярность. Теперь ток течет в противоположном направлении. Магнитная стрелка снова располагается перпендикулярно проводнику, но направление северного полюса поменялось так же на противоположное. Теперь расположим проводник так, чтобы он был направлен на нас. Направление магнитных линий вокруг проводника создаст такую картину.  Так как ток направлен от нас, то по правилу стрелы, мы видим оперение. Магнитные линии направлены по часовой стрелке. Если ток направлен к нам, то по правилу стрелы мы видим острие. Магнитные линии направлены против часовой стрелки. Существует правило, с помощью которого легко научиться определить зависимость между направлением тока и направлением магнитных линий. Это правило получило название правило Буравчика или правило правого винта. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитного поля тока.

Практически все шурупы, винты и гайки закручиваются по часовой стрелки (так называемый правый винт). Это обусловлено тем, что большинство жителей планеты правши, и именно правой рукой закручивать удобнее по часовой стрелке. Буравчик движется вперед, если мы вращаем его по часовой стрелке.  Значит, если ток движется вперед, то магнитные линии так же направлены по часовой стрелке. Буравчик движется назад, если мы вращаем его против часовой стрелки. И если ток движется назад, следовательно, магнитные линии так же направлены против часовой стрелки. Если мы хотим определить направление тока в соленоиде, то можно воспользоваться еще одним мнемоническим правилом, его называют правилом правой руки. Если обхватить соленоид правой ладонью так, что направление четырех пальцев совпадает с направление тока, то отставленный большой палец показывает направление линий магнитного поля внутри соленоида. Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита, а входят в южный. Следовательно, в том месте, где находится большой палец правой руки, так же находится северный полюс магнита.

О том, что картина магнитных линий схожа с полосовым магнитом, мы уже показывали ранее. Рассмотрим несколько примеров. Какое направление имеет ток в проводнике, направление силовых линий магнитного поля которого указано стрелками? Воспользуемся правилом буравчика. Вращаем ручку буравчика в направлении указанном на рисунке, он движется влево, следовательно, ток так же направлен влево. 
Определите, как расположены магнитные полюсы соленоида, подключенного к источнику тока.
Вспомним, что у аккумулятора больший штрих показывает положительную клемму, меньший — отрицательную.  Укажем направление движения силы тока в цепи и витках соленоида. За направление тока в цепи выбрано направление от плюса к минусу.
Третье, воспользуемся правилом правой руки. Направим четыре пальца правой руки по направлению движения тока в витках соленоида, направление большого пальца показывает направление магнитных линий, значит северный полюс магнита. Южный полюс будет с противоположной стороны.

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать педагогаОставить заявку на подбор

Направление электрического тока

Изучение физики и химия легко и свободно — Наука для начальной школы, средней школы и средняя школа

Бесплатная электроэнергия онлайн уроки для начальной школы, средней школы и старшей школы.

электрический ток

Направление электрического тока в цепи

1) Условное направление электрического тока

Вне батареи или электрогенератора протекает электрический ток от отрицательного к положительному выводу.

2) Ла представление чувствительного элемента по схеме

Направление тока можно указать на электрической схеме, поместив красная стрелка с одной стороны.

Пример:

Комментарий: Мы можем указать направление тока только в цепи где действительно течет электрический ток. Например, направление ток нельзя указывать в цепи с разомкнутым выключателем.

3) Влияние направления тока на пассивные компоненты

Некоторые пассивные компоненты функционируют по-разному, если направление электрического тока меняется на противоположное: эти компоненты поляризованы.
Например, электродвигатели поляризованы: если направление тока наоборот, то они вращаются в противоположном направлении.

В противном случае говорят о неполяризованных компонентах.

Соединительные провода, лампочки, выключатели не имеют полярности и поэтому могут быть связанным в любом смысле.

Комментарий: направление тока, протекающего через компонент, может быть реверсируется, меняя местами соединения батареи или меняя местами соединения компонента.

---

Наука класс

Химия Электричество Оптика Механика

Электричество уроки

Электрика компоненты -Двухконтактный электронные компоненты — Основные электрические компоненты — Диоды — Что такое резистор? — Как определить номинал резистора? — Резисторы эффекты в цепях — Как использовать резистор? — Характеристика кривая резистора Как строить простые схемы и рисовать схемы — Как к построить базовую электрическую схему — Как рисовать схемы электрических цепей Электрический ток — Проводники и изоляторы — Направление электрический ток в цепи — Опасности электричества — Ток интенсивность — единицы как измерять ток? Напряжение — Напряжение напряжение и его единицы — Как измерять напряжение? — Напряжение в открытом и закрытом контурах — Рейтинг ток и напряжение для лампы Переменный напряжение и ток — Чередование влияние токов на светодиод — Что переменный ток и напряжение? — Периодическое переменное напряжение и его свойства — Осциллограф — Осциллограмма — Частота — Измерение Среднеквадратичное значение напряжения с помощью вольтметра серии схемы — Что последовательная схема? — Серия свойства схемы — Короткий цепь в последовательной цепи — Ток закон последовательно — схемы — Напряжение закон в последовательных цепях Параллельный схемы — Что параллельная цепь? — Некоторые свойства параллельных цепей — Короткий цепи в параллельных цепях — Узлы и ответвления в параллельных цепях — Законы тока в параллельных цепях — Напряжение законы в параллельных цепях Законы электричества — Ом закон — Действующие законы в цепи серии — Напряжение законы в последовательных цепях — Ток законы в параллельных цепях — Напряжение законы в параллельных цепях Генерация электричество — Напряжение для катушек Что такое генератор? — Переменные токи и напряжения — Производство электроэнергии на электростанциях Электроэнергия и энергия — Электроэнергетика мощность и номинальная мощность — Электрический мощность, получаемая электрическим устройством — Электрический потребляемая мощность электрическим устройством — Отношение между — Электроэнергия и энергия

---

©2021 Физика и химия

В каком направлении должен течь электрический ток при решении задач?

спросил 9 лет, 11 месяцев назад

Изменено 7 лет, 3 месяца назад

Просмотрено 605 раз

$\begingroup$

Рассмотрим простую схему с батареей $\theta\ \text V$s и двумя резисторами $R_1 \\Omega$s и $R_2\ \Omega$s, соединенными последовательно.

2}{R}$, однако напряжением в этой формуле является падение напряжения между выводами резистора .

В описанной вами схеме, чтобы найти потребляемую мощность резисторов, нужно сначала рассчитать падение напряжения на обоих резисторах, а в такой простой схеме $V_1 = \frac{\theta \times R_1}{ R_1 + R_2}$ и $V_2 = \frac{\theta \times R_2}{R_1 + R_2}$. Это очень простое деление напряжения, но если оно не очевидно на первый взгляд, вы можете сначала рассчитать ток через резисторы и батарею, $I = \frac{\theta}{R_1+R_2}$, а затем умножить на значения сопротивления каждого резистора, чтобы получить падение напряжения на клеммах исследуемого резистора. 92}{R}$) включает квадрат либо напряжения, либо тока (или третью, более фундаментальную и общеприменимую формулу, $P = V \times I$ включает умножение обоих членов), мощность одинакова в обоих случаях.

В общем, эта путаница возникает только из-за ошибки в ваших расчетах, и все схемы подчиняются законам Кирхгофа (закону тока Кирхгофа и закону напряжения Кирхгофа), и результаты всегда согласуются, независимо от того, в каком направлении вы выполняете свои расчеты.

$\endgroup$

$\begingroup$

При анализе цепи опорное направление текущей переменной произвольное ; нет неправильного направления. То же самое относится и к эталонной полярности переменной напряжения.

Если для одного и того же тока я выберу опорное направление вправо, а вы выберете опорное направление слева, наши ответы будут различаться знаком, но оба ответа дают правильное направление фактического электрического тока .

Однако при выборе опорного направления и опорной полярности целесообразно использовать условное обозначение пассивного знака, когда ток через резистор входит в клемму с положительной маркировкой:

Теперь рассмотрим схему, подобную описанной вами:

Поскольку это последовательная цепь, существует только один электрический ток, $I = \dfrac{V_{in}}{R_1 + R_2}$, который циркулирует по часовой стрелке (батарея 92 R_1$

Итак, независимо от , расчет мощности дает тот же результат.

$\endgroup$

$\begingroup$

Текущее направление не имеет значения. Всегда двигайтесь в одном и том же направлении, от — к + или + к -. Результаты расчетов всегда будут одинаковыми. Я предпочитаю считать, что ток течет как от — к + (от катода к аноду). Это поток электронов. В электронно-лучевой трубке электроны покидают катод (отрицательный), попадают на положительный фосфоресцирующий экран и производят свет.

$\endgroup$

0

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.