Магніт — Вікіпедія

Постійний магніт — найпростіший приклад магнітного диполя. Залізна стружка орієнтується в магнітному полі постійного магніта, утворюючи картину, яка ілюструє силові лінії поля. Схематичне зображення силових ліній магнітного поля навколо постійного магніта. Силові лінії виходять із північного полюса магніта й входять у південний полюс. Підковоподібний магніт, виготовлений із сплаву заліза алніко. Магніти виготовляють у вигляді підков для того, щоб наблизити полюси один до одного з метою створити сильне магнітне поле за допомогою якого можна піднімати великі шматки заліза.

Магні́т, заст. магне́т, морське́ залізо, тягуне́ць^[1][2] — тіло, що має власне магнітне поле, магнітний диполь. Можливо, слово походить від дав.-гр. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камінь з Магнесії» — від назви регіону Магнісія та давнього міста Магнесія в Малій Азії, де в давнину були відкриті поклади магнетиту.

Найпростішим та найменшим магнітом можна вважати електрон. Магнітні властивості всіх інших магнітів зумовлені магнітними моментами електронів всередині них. З погляду квантової теорії поля електромагнітна взаємодія переноситься безмасовим бозоном — фотоном (часткою, яку можна представити як квантове збудження електромагнітного поля).

Постійний магніт — виріб, виготовлений з феромагнетика, здатного зберігати залишкову намагніченість після вимкнення зовнішнього магнітного поля. Як матеріали для постійних магнітів зазвичай використовують залізо, нікель, кобальт, деякі сплави рідкоземельних металів, а також деякі природні мінерали, такі як магнетити. Постійні магніти застосовуються як автономні (не споживають енергії) джерела магнітного поля. Властивості магніту визначаються характеристиками розмагнічуючої ділянки петлі магнітного гістерезису матеріалу магніту: що вище залишкова індукція B_r і коерцитивна сила H_c

, то вища намагніченість та стабільність магніту. Характерні поля постійних магнітів — до 1 Тл (10 кг · с).

Електромагніт — пристрій, магнітне поле якого створюється лише при протіканні електричного струму. Як правило, це котушка-соленоїд, зі вставленим усередину феромагнітним (зазвичай залізним) сердечником з великою магнітною проникністю μ≃{\displaystyle \mu \simeq } 10000. Характерні поля електромагнітів 1,5 — 2 Тл визначаються так званим насиченням заліза, тобто різким спадом диференціальної магнітної проникності при великих значеннях магнітного поля.

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

У широкому розумінні магніт — намагнічене тіло (здебільшого зі сталі або спеціального сплаву, фериту барію, стронцію, самарій-кобальту, нікель-кобальту, неодим-залізо-бору) або пристрій, що утворює магнітне поле. Розрізняють постійні магніти, електромагніти, надпровідні магніти.

Постійний магніт має два полюси. Той із полюсів, який притягається до північного полюсу Землі, називається північним, інший — південним. Північний полюс магніта позначається літерою N, південний — літерою S.

Різнойменні полюси магнітів притягуються, однойменні — відштовхуються. Таким чином, північний магнітний полюс Землі, є її південним полюсом, якщо розглядати нашу планету як постійний магніт.

Постійні магніти виготовляються із феромагнітних речовин, наприклад, заліза. Існування магнітного поля в них зумовлене однаковою орієнтацією спінів електронів завдяки обмінній взаємодії. Для виробництва постійних магнітів використовують нікелеві сплави (алні, алніко, алнісі).

Магніти мають властивість притягати до себе невеликі предмети з феромагнітних матеріалів.

Існування постійних магнітів зумовлено явищем, яке називається феромагнетизм. Частинки, з яких складаються тіла, електрони, протони й нейтрони, мають власні магнітні моменти, пов’язані з їхніми спінами, тобто є невеличкими магнітиками. У більшості речовин, що належать до діамагнетиків та парамагнетиків магнітні моменти окремих частинок направлені хаотично, а тому створене ними магнітне поле компенсується. У феромагнетиках магнітні моменти багатьох електронів направлені однаково. Це зумовлене особиливостями міжелектронної взаємодії, квантовим ефектом, який називають обмінною взаємодією. Обмінна взаємодія існує і в немагнітних речовинах, але в них вона сприяє утворенню спарених електронів із протилежно направленими магнітними моментами. Однакова направленість магнітних моментів електронів виникає тільки в небагатьох матеріалах.

Зазвичай феромагнетики розбиваються на окремі області, магнітні домени, в яких намагнічування максимальне. Однак, макроскопічний феромагнетик, який складається з багатьох доменів, може перебувати й у ненамагніченому стані, коли орієнтація магнітних моментів доменів хаотична. Магнітні домени можна орієнтувати переважно однаково, помістивши феромагнетик у магнітне поле. При зніманні магнітного поля у феромагнетику збережеться залишкова намагніченість.

Для виготовлення постійного магніту, феромагнетик нагрівають до температури, вищої від температури Кюрі, а потім повільно охолоджують у магнітному полі. При температурі, вищій від температури Кюрі, феромагнетик втрачає свої магнітні властивості й стає парамагнетиком. При охолодженні, нижче від температури Кюрі, він знову набуває магнітних властивостей, при цьому зовнішнє магнітне поле сприяє тому, що магнітні домени, які виникають у ньому, орієнтуються в одному напрямку.

Феромагнітні матеріали намагнічуються в зовнішньому полі також при температурах, менших від температури Кюрі. При припиненні дії поля в них зберігається залишкова намагніченість. Його величина залежить від напруженості прикладеного магнітного поля.

Іноді намагніченість матеріалів небажана, а тому їх необхідно розмагнітити. Цього можна досягти різними способами. Нагрівання магніта до температури, вищої від температури Кюрі, завжди знімає намагнічення. Магніт можна також помістити в змінне магнітне поле, більше від коерцитивної сили матеріалу, а потім поступово зменшувати поле або витягати магніт з нього. Такий процес використовується в промисловості для розмагнічування інструментів, твердих дисків, стирання інформації на магнітних картках тощо.

Частково магніти розмагнічуються також при ударах, оскільки різка механічна дія призводить до розупорядкування доменів.

За багато століть до нашої ери було відомо, що деякі кам’яні породи мають властивість притягувати шматки заліза. Про це згадував у 6 столітті до нашої ери грецький фізик та філософ Фалес. Перше наукове вивчення властивостей магніту було зроблено в 13 столітті вченим Петром Перегріном. 1269 року з’явився його твір «Книга про магніт», де він писав про численні факти явища магнетизму: у магніта є два полюси, які вчений назвав північним та південним; неможливо відокремити полюси один від одного розламуванням. Перегрін згадав і про два види взаємодії полюсів — притягання та відштовхування. До 12—13 століття магнітні компаси вже використовувалися в навігації в Європі, у Китаї та інших країнах світу

[3].

1600 року був опублікований твір англійського лікаря Вільяма Гільберта «Про магніт». До вже відомих фактів Гільберт додав важливі спостереження: посилення дії магнітних полюсів за допомогою залізної арматури, втрата магнетизму при нагріванні тощо. 1820 року даньський фізик Ганс Християн Ерстед на лекції спробував продемонструвати своїм студентам відсутність зв’язку між електрикою та магнетизмом, увімкнувши електричний струм поблизу магнітної стрілки. За словами одного з його слухачів, він був буквально «ошелешений», коли побачив, що магнітна стрілка після включення струму почала здійснювати коливання. Великою заслугою Ерстеда є те, що він оцінив значення свого спостереження та повторив дослід. Поєднавши довгим дротом полюси гальванічного елемента, Ерстед простягнув дріт горизонтально та паралельно щодо вільно підвішеної магнітної стрілки. Коли було ввімкнено струм, стрілка відразу відхилилася, прагнучи стати перпендикулярно до напрямку дроту. При зміні напрямку струму стрілка відхилилася в інший бік. Незабаром Ерстед довів, що магніт діє з певною силою на дріт, по якому йде струм.

Відкриття взаємодії між електричним струмом та магнітом мало величезне значення. Воно стало початком нової епохи у вченні про електрику та магнетизм та зіграло важливу роль у розвитку техніки фізичного експерименту.

Дізнавшись про відкриття Ерстеда, французький фізик Домінік Франсуа Араго почав свою серію дослідів. Він обмотав мідним дротом скляну трубку, в яку вставив залізний стрижень. Коли було замкнено електричне коло, стрижень сильно намагнітився і до його кінця міцно прилипли залізні ключі; коли було вимкнено струм, ключі відпали. Араго розглядав провідник, по якому йде струм, як магніт. Правильне пояснення цього явища було дано після дослідження французького фізика Андре Ампера, який встановив внутрішній зв’язок між електрикою та магнетизмом. У вересні 1820 року він повідомив Французької Академії наук про отримані ним результати.

Потім у своєму «верстаті» Ампер замінив раму на вільно підвішений спіральний провідник. Цей дріт при пропущенні по ньому струму набував властивістей магніту. Ампер назвав його соленоїдом. Виходячи з магнітних властивостей соленоїда, Ампер запропонував розглядати магнетизм як явище, що спричинене круговими струмами. Він вважав, що магніт складається з молекул, у яких присутні кругові струми. Кожна молекула являє собою маленький магнітик, розташовуючись однойменними полюсами в одну і ту ж сторону, ці маленькі магнітики й утворюють магніт. Проводячи уздовж сталевої смуги магнітом (кілька разів на одну і ту ж сторону), ми змушуємо молекули з круговими струмами однаково орієнтуватися в просторі. Таким чином, сталева пластинка перетвориться на магніт. Тепер став зрозумілим і досвід Араго зі скляною трубкою, обмотаною мідним дротом. Вставлоений у неї залізний стрижень став магнітом тому, що навколо нього йшов струм. Це був електромагніт.

1825 року англійський інженер Вільям Стерджен виготовив перший електромагніт у вигляді зігнутого стрижня з м’якого заліза з обмоткою з товстого мідного дроту. Для ізолювання від обмотки стрижень був покритий лаком. При пропущенні струму залізний стрижень набував властивостей сильного магніту, але при перериванні струму він миттєво їх втрачав. Саме ця особливість електромагнітів дозволила широко застосовувати їх у техніці.

Термін «магніт», як правило, використовується для об’єктів, які мають власне магнітне поле, навіть при відсутності прикладеного магнітного поля, що можливо лише в деяких класах матеріалів. У більшості матеріалів магнітне поле з’являється в зв’язку з доданим зовнішнім магнітним полем; це явище відоме як магнетизм. Існує декілька типів магнетизму і усі магнітні матеріали принаймні мають один з них.

Загалом поведінка магнітного матеріалу може значно змінюватись в залежності від структури матеріалу і, не в останню чергу, від його електронної конфігурації. Існує декілька типів взаємодії матеріалів з ​​магнітним полем, зокрема йдеться про такі матеріали, як:

• Феромагнетики та феримагнетики (ферити): матеріали, які зазвичай та вважаються «магнітними»; вони притягаються до магніту достатньо сильно — так, що притягання відчувається. Тільки ці матеріали можуть зберігати намагніченість та стати постійними магнітами. Феримагнетики подібні до феромагнетиків, але слабкіші за них. Відмінності між феро-і феримагнітними матеріалами пов’язані з їхньою мікроскопічною структурою.
• Парамагнетики: такі сполуки, як платина, алюміній та кисень, які слабо притягаються до магніту. Цей ефект в сотні тисяч разів слабше, ніж притягання феромагнітних матеріалів, тому він може бути виявлений лише за допомогою чутливих інструментів або потужних магнітів.
• Діамагнетики: сполуки, що намагнічуваються проти напрямку зовнішнього магнітного поля. У порівнянні з парамагнітним та феромагнітними сполуками діамагнітні сполуки, такі як вуглець, мідь, вода та пластики, відштовхуються від магніту. Проникність діамагнітних матеріалів менше проникності вакууму. Всі сполуки, що не володіють одним з типів магнетизму, є діамагнітними; до них відноситься більшість сполук. Сили, що діють на діамагнітні об’єкти від звичайного магніту, занадто слабкі, проте в сильних магнітних полях надпровідних магнітів діамагнітні матеріали, наприклад шматочки свинцю, можуть зависати, а оскільки вуглець і вода є сполуками діамагнітними, в потужному магнітному полі можуть зависати навіть органічні об’єкти, наприклад живі жаби і миші^[4].

Існують інші види магнетизму, наприклад спінове скло, суперпарамагнетизм, супердіамагнетизм та метамагнетизм.

Застосовують магніти в електротехніці, радіотехніці, техніці зв’язку, радіолокації, пристроях автоматичного керування, у магнітній сепарації тощо.

Історично одним із перших застосувань магніту були магнітні компаси, стрілки яких указували напрямок до магнітних полюсів Землі.

Приклади застосування

• Магнітні носії інформації: VHS касети містять котушки з магнітної стрічки. Відео та звукова інформація кодується на магнітному покритті на стрічці. Також в комп’ютерних дискетах та твердих дисках запис даних відбувається на тонкому магнітному покритті. Однак носії інформації не є магнітами в строгому сенсі, оскільки вони не притягають предмети. Магніти в твердих дисках використовуються в ходовому та позиціонуючому електродвигунах.
• Кредитні, дебетові, і ATM карти — всі ці картки мають магнітну смугу на одній стороні. Ця смуга кодує інформацію, необхідну для з’єднання з фінансовою установою та зв’язку з відповідними рахунками.
• Звичайні телевізори та комп’ютерні монітори: телевізори та комп’ютерні монітори, що містять електронно-променеву трубку, використовують електромагніт для керування пучком електронів та формування зображення на екрані. Плазмові панелі та РК-дисплеї використовують інші технології.
• Гучномовці та мікрофони: більшість гучномовців використовують постійний магніт та струмову котушку для перетворення електричної енергії (сигналу) в механічну енергію (рух, який створює звук). Обмотку намотано на котушку, яка прикріплюється до дифузора і через неї протікає змінний струм, який взаємодіє з полем постійного магніту.
• Інший приклад використання магнітів у звукотехніці — в головці звукознімача електрофону і в касетних диктофонах як економічної стираючої головки.

Магнітний сепаратор важких мінералів

• Електродвигуни та генератори: деякі електричні двигуни (так само, як гучномовці) функціонують завдяки поєднанню електромагніта та постійного магніта. Вони перетворюють електричну енергію в механічну енергію. Натомість генератор перетворює механічну енергію в електричну енергію шляхом переміщення провідника через магнітне поле.
• Трансформатори: пристрої передачі електричної енергії між двома обмотками дроту, які електрично ізольовані, але пов’язані магнітним полем.
• Магніти використовуються в поляризованих реле. Такі пристрої «запам’ятовують» свій стан на час вимкнення живлення.
• Компаси: компас (або морський компас) є намагніченим покажчиком, який може вільно обертатися і орієнтується на напрямок магнітного поля, найчастіше магнітного поля Землі.
• Сувенірна продукція: вінілові магнітні пластини можуть бути приєднані до зразків живопису, фотографії та інших декоративних виробів, що дозволяє приєднувати їх до холодильників та інших металевих поверхонь.

Магніти часто використовуються в іграшках. M-TIC використовує магнітні стрижні, пов’язані з металевими сферами Магніти рідкоземельних елементів яйцеподібної форми, які притягуються один до одного

• Іграшки: магніти часто використовуються в дитячих іграшках із забавними ефектами, в яких використовується властивість магнітів протистояти силі тяжіння на близькій відстані.
• Магніти можуть використовуватися для виробництва ювелірних виробів. Намиста та браслети можуть мати магнітну застібку, або можуть бути виготовлені повністю з серії пов’язаних магнітів та чорних намистин.
• Магніти можуть піднімати магнітні предмети (залізні цвяхи, скоби, кнопки, скріпки), які або є занадто дрібними, або їх важко дістати або вони занадто тонкі щоб тримати їх пальцями. Деякі викрутки спеціально намагнічуються для цієї мети.
• Магніти можуть використовуватися при обробці металобрухту для відділення магнітних металів (заліза, сталі та нікелю) від немагнітних (алюмінію, кольорових сплавів, тощо.). Та сама ідея може бути використана в рамках так званого «Магнітного випробування», в якій кузов автомобіля обстежується з магнітом для виявлення областей, відремонтованих з використанням скловолокна або пластикової шпаклівки.
• Маглев: потяг на магнітному підвісі, рухомий та керований магнітними силами. Такий склад, на відміну від традиційних потягів, у процесі руху не торкається поверхні рейки. Оскільки між поїздом та поверхнею руху існує зазор, тертя виключається, і єдиною гальмівною силою є лише сила аеродинамічного опору.
• Магніти використовуються у фіксаторах меблевих дверей.
• Якщо магніти помістити в губки, то ці губки можна використовувати для миття тонких листових немагнітних матеріалів одразу з обох сторін, причому один бік може бути важкодоступним. Це можуть бути, наприклад, скла акваріума або шибки заскленого балкона.
• Магніти використовуються для передачі обертального моменту «крізь» стінку, якою може бути, наприклад, герметичний контейнер електродвигуна. Так була влаштована іграшка НДР «Підводний човен». Таким самим чином в побутових лічильниках витрати води передаються через обертання від лопаток датчика на рахунковий вузол.
• Магніти спільно з герконом застосовуються в спеціальних датчиках положення. Наприклад, в датчиках дверей холодильників та охоронних сигналізацій.
• Магніти спільно з датчиком Холла використовують для визначення кутового положення або кутової швидкості вала.
• Магніти використовуються в іскрових розрядниках для прискорення гасіння дуги.
• Магніти використовуються при неруйнівному контролі магнітопорошковим методом (МПК)
• Магніти використовуються для відхилення пучків радіоактивних та іонізуючих випромінювань, наприклад при спостереженні в камерах.
• Магніти використовуються в приладах, показники на яких визначаються стрілкою, наприклад, амперметр. Такі прилади дуже чутливі та лінійні.
• Магніти застосовуються в НВЧ вентилях та циркуляторах.
• Магніти застосовуються у складі відхиляючої системи електронно-променевих трубок для підстроювання траєкторії електронного пучка.
• До відкриття закону збереження енергії, було багато спроб використовувати магніти для побудови «вічного двигуна». Людей приваблювала, позірно невичерпна енергія магнітного поля постійних магнітів, які були відомі дуже давно. Але робочий макет так і не було побудовано.
• Магніти застосовуються в конструкціях безконтактних гальм, що складаються з двох пластин, одна — магніт, а інша з алюмінію. Одна з них жорстко закріплена на рамі, інша обертається з валом. Гальмування регулюється зазором між ними.

У системі СІ одиницею магнітного потоку є вебер (Вб), магнітної проникності — генрі на метр (Гн/м), напруженості магнітного поля — ампер на метр (А/м), індукції магнітного поля — тесла.

Вебер — магнітний потік, при убуванні якого до нуля в зчепленому з ним контурі опором 1 ом проходить кількість електрики 1 кулон.

Генрі — міжнародна одиниця індуктивності та взаємної індукції. Якщо провідник має індуктивність 1 Гн і струм в ньому рівномірно змінюється на 1 А в секунду, то на його кінцях індукується ЕРС 1 вольт. 1 генрі = 1,00052 · 10⁹ абсолютних електромагнітних одиниць індуктивності.

Тесла — одиниця вимірювання індукції магнітного поля в СІ, чисельно рівна індукції такого однорідного магнітного поля, в якому на 1 метр довжини прямого провідника, перпендикулярного вектору магнітної індукції, зі струмом силою 1 ампер діє сила 1 ньютон.

Магнітний (рос. магнитный, англ. magnetic, нім. magnetisch) — той, що стосується магніту і має властивості магніту, або який пов’язаний з використанням магнітного поля.

Наприклад:

• І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик (2006). Загальний курс фізики: Навчальний посібник у 3-х т. Т.2. Електрика і магнетизм. Київ: Техніка. 
• С.Е. Фріш і А.В. Тіморєва (1953). Курс загальної фізики. Том II. Електричні і електромагнітні явища. Київ: Радянська школа. 
• Сивухин Д.В. (1977). Общий курс физики. т III. Электричество. Москва: Наука. 
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. —  : Східний видавничий дім, 2004—2013.
• Тябликов С. В. Методы квантовой теории магнетизма. 2-е изд. — М., 1975.

Північний магнітний полюс — Вікіпедія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Земля як магнітний диполь

Північний магнітний полюс — умовна точка на земній поверхні, в якій магнітне поле Землі спрямовано прямовисно (під кутом 90 ° до поверхні). Слід зазначити, що з фізичного погляду цей полюс є «південним», оскільки притягує північний полюс стрілки компаса.

1831 року англійський полярний дослідник Джон Росс відкрив у Канадському архіпелазі область, де магнітна стрілка приймала вертикальне положення. 1841 року Джеймс Росс (племінник Джона Росса) досяг іншого магнітного полюса Землі, що розташований в Антарктиді^{[джерело?]}.

Рух північного магнітного полюса, 1831–2001 роки

Магнітні полюси не збігаються з географічними. Приблизно з початку XVII століття Північний магнітний полюс розташований під паковими льодами в межах сучасної канадської Арктики. Це призводить до того, що стрілка компаса показує на північ не точно, а лише приблизно.

Кожен день полюс рухається по еліптичній траєкторії^[1], і, крім того, зсувається в північному й північно-західному напрямку зі швидкістю близько 10 км на рік^[2], тому будь-які його координати є тимчасовими й неточними. З другої половини XX століття полюс досить швидко рухається в бік Таймиру. Як заявив в 2005 році в Оттаві керівник геомагнітної лабораторії канадського міністерства природних ресурсів Ларрі Ньюітт, північний магнітний полюс Землі, який щонайменше 400 років «належав» Канаді, «залишив» цю країну. Магнітний полюс, що перебуває під льодами Арктики, вийшов за межі 200-мильної зони Канади^[2]. 2009 року швидкість руху північного полюса становила 64 кілометри на рік^[3].

Протилежністю північного магнітного полюса є південний магнітний полюс, який розташований в Антарктиці. У зв’язку з несиметричністю магнітного поля Землі, магнітні полюси не є антиподами.

Традиційно, кінець магніту, який вказує напрям на північ називається північним полюсом магніту, а протилежний кінець — південним. Проте відомо, що однакові полюси відштовхуються, а не притягуються. З цього випливає, що північний магнітний полюс насправді фізично є південним.

Магнітні явища: Будова магнітів

Розглянемо будову магнітів. Чи однакові властивості магніту у різних точках його поверхні? Якщо доторкатись магнітом до металевої кульки, що лежить на столі, то виявиться, що в одних точках – біля кінців магніту — для того, щоб відірвати кульку від магніту, потрібно прикласти деяке зусилля, а в інших точках – біля середини магніту – металева кулька практично не притягується до магніту.
У зв’язку з цим ті частини магніту, у яких притягання металевих предметів проявляється значним чином, називають полюсами магніту, а частини поверхні магніту, у яких сили притягання не виявляються або надзвичайно слабкі, називаються нейтральною зоною. Полюс магніту – це частина магніту (найчастіше це краї), у якій сили притягання металевих предметів найбільш великі. Нейтральна зона – це частина магніту (найчастіше середина), у якій сили притягання металевих предметів слабкі чи відсутні. Зазвичай штучним магнітам надають вигляд смужки – прямої чи підковоподібної. Такі магніти майже завжди мають два полюси на кінцях цієї смужки і нейтральну зону між ними. Проте шматок сталі можна намагнітити і так, щоб він мав не 2, а 4, 6, 8 та більше полюсів. Що характерно, полюсів у магніту завжди парне число. Неможливо отримати магніт лише з одним полюсом. Співвідношення між розмірами полюсних частин магніту і нейтральною зоною залежить від форми магніту. Якщо виготовити магніт у вигляді довгого і тонкого стержня, то полюсні частини його зводяться майже до точок, які лежать біля кінців магніту, а вся інша поверхня являє собою нейтральну зону. Подібний видовжений магніт називають магнітною стрілкою. Якщо магнітну стрілку закріпити так, щоб вона могла вільно обертатись, то вона завжди встановиться так, що один з її полюсів показуватиме на північ, а інший на південь. Так само буде орієнтуватись будь-який магніт, підвішений на тонкій нитці. Магнітні стрілки використовуються для виявлення магнітних властивостей природного чи штучного магніту. Також магнітні стрілки використовують для орієнтування на місцевості, оскільки магнітна стрілка завжди вказує напрям на полюси Землі. Магнітні полюси теж мають цікаву властивість: однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні притягуються.

Поділ магніту  на два  однакових магніта

Розв’язування задач з теми «Магнітне поле». Підготовка до КР

Мета уроку: закріпити знання за темою I «Магнітне поле», продовжити формувати навички та вміння розв’язувати фізичні задачі різних типів, застосовуючи набуті знання.

Очікувані результати: учні повинні вміти розв’язувати задачі різних типів, застосовуючи теоретичні знання, отримані в ході вивчення теми I «Магнітне поле».

Тип уроку: урок застосування знань, умінь, навичок.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Провести фронтальну бесіду за темою I «Магнітне поле» (за основу взяти матеріал, поданий у таблицях і схемах рубрики «Підбиваємо підсумки розділу І “Магнітне поле”» підручника).

IІІ. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

1. Магнітним полюсом називається частина магніту, яка…

а) Спричиняє найслабшу магнітну дію

б) Розміщена на краю магніту

в) Розміщена посередині магніту

г) Спричиняє найсильнішу магнітну дію

2. Укажіть, що саме утвориться, якщо постійний магніт розламати навпіл.

а) Два окремі різнойменні полюси          б) Два окремі однойменні полюси

в) Два магніти                                          г) Два ненамагнічені шматки металу

3. Укажіть джерело утворення магнітного поля.

а) Магнітні полюси                            б) Рухомі електричні заряди

в) Нерухомі електричні заряди          г) Метали

4. Правило правої руки дозволяє визначити напрям:

а) Магнітних ліній поля провідника зі струмом

б) Сили Ампера, що діє на провідник зі струмом

в) Індукційного струму в замкненому контурі

г) Сили Лоренца, що діє на рухому заряджену частинку

5. У якому випадку напрямок ліній індукції магнітного поля прямого провідника зі струмом зазначено правильно?

                  а)                                б)                              в)                                 г)

6. Укажіть правильний варіант графічного зображення магнітного поля котушки зі струмом.

                а)                        б)                            в)                                     г)

7. Укажіть назву правила, за яким визначається напрямок сили Ампера.

а) Правило правої руки   

б) Правило Фарадея

в) Правило лівої руки   

г) Правило свердлика

8. На рисунку зображено розташування провідника у магнітному полі й позначено напрямок струму та ліній індукції магнітного поля. Укажіть напрямок сили, що діє на цей провідник.

а) Праворуч  

б) Ліворуч

в) До спостерігача

г) Від спостерігача

9. Магнітна стрілка встановилася в магнітному полі котушки зі струмом так, як показано на рисунку. Визначте полюси джерела струму.

Щоб магнітна стрілка притягувалася до котушки Sполюсом потрібно, щоб у котушки справа був N полюс. Знаючи розміщення полюсів котушки використаємо правило правої руки (або свердлика), щоб визначити напрямок струму. Справа «+», зліва «-».

10. На рисунку зображено рамку, що повертається в магнітному полі постійного магніту. Визначте полюси джерела струму, до якого підключено рамку.

Напрямки струму, магнітних ліній та сили Ампера, які повертають рамку, пов’язані правилом лівої руки.Для даної задачі ліву руку розташуємо так, щоб лінії магнітного поля входили в долоню, а відігнутий на 90° великий палець вказував напрямок сили Амператак щоб рамка оберталася у вказаному напрямку, то чотири витягнуті пальці вкажуть напрямок струму в провіднику.

11. На рисунку зображено провідник зі струмом, розташований у магнітному полі підковоподібного магніту. Визначте полюси магніту.

Напрямки струму, сили Ампера та магнітних ліній пов’язані правилом лівої руки. Для даної задачі ліву руку розташуємо так, щоб чотири витягнуті пальці вказували напрямок струму в провіднику, а відігнутий на 90° великий палець вказував напрямок сили Ампера, то з тієї сторони де лінії магнітного поля входять в долоню буде Nполюс.

12. Визначте полюси електромагніта. Як зміниться підіймальна сила електромагніта, якщо повзунок реостата пересунути ліворуч?

Якщо повзунок реостату перемістити ліворуч, опір реостата і всього кола електромагніту збільшиться, сила струму зменшиться і відповідно зменшиться підіймальна сила електромагніту.

13. Сталевий стрижень завдовжки 40 см і масою 50 г лежить перпендикулярно до горизонтальних рейок. Уздовж рейок напрямлене однорідне магнітне поле індукцією 0,25 Тл. У стрижні пропускають електричний струм силою 2 А. З якою силою стрижень тисне на рейки?

 

Дано:	Розв’язання Відповідь:

ІV. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

    

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Повторити § 1 – 8

Виконати завдання рубрики «Завдання для самоперевірки до розділу I “Магнітне поле”» підручника: № 1 – 4, 6 – 7, 14

При підготовці до уроку радимо ознайомитись із теорією розділів: 

Source: https://fizmat.7mile.net/fizika/elektrika-ta-magnetizm/

20 Магніти

20.1 Постійні магніти

Тіла, які постійно притягують до себе залізо, нікель, кобальт тощо, називаються постійними магнітами. Залізна руда, яка називається магнітним залізняком, володіє властивостями притягувати до себе залізні предмети. Кусок такої руди є природним постійним магнітом. Залізо, нікель, кобальт, сталь, хром та деякі сплави у присутності цієї руди придбають магнітні властивості. Постійний магніт можна отримати шляхом введення стального стрижня усередину котушки, по якій протікає струм. Але усі переліченні тіла, за виключенням сталі та спеціальних сплавів, втрачають магнітні властивості при віддалені тіла, яке їх намагнітило. А в сталі за рахунок перемагнічування доменів у напрямку зовнішнього магнітного поля вісі обертання електронів стають паралельні один одному. Взаємодія між доменами може зберігатися довго і після вилучення стального осердя з котушки. Таке осердя буде постійним магнітом й утворить навколо себе сильне магнітне поле. Тому сталь, особлива вольфрамова, хромова та кобальтова, є матеріалом для виготовлення штучних магнітів. Магнітні властивості магніту можуть бути визначені по вазі усіх залізних предметів, які він утримує після притяжіння. Магніт володіє найбільшою силою притяжіння на кінцях, які називаються полюсами магніту. По мірі приближення до середини середньої частини магніту ця сила зменшується й посередині дорівнює нулю, так звана нейтральна лінія.

Якщо підвісити магніт на нитці, то він встановлюється так, що один кінець його буде звернений на північ (цей кінець називають північним магнітним полюсом), а інший — на південь (цей кінець називають південним магнітним полюсом). Для зручності використовують стрілку, яка вільно обертається навколо вертикальної вісі (наприклад, у компасі). Дослідно встановлено, що однойменні полюса магнітів взаємно відштовхуються, а різнойменні — взаємно притягуються. Стрілка компаса повсюдно приймає певний напрямок (приблизно уздовж географічного меридіана), отож, Земля є надвеликим магнітом. Її південний магнітний полюс знаходиться поблизу північного географічного полюсу, а північний магнітний полюс — біля південного географічного полюсу. Тому, стрілка компасу увесь час встановлюється своїм північним полюсом на географічний північ й навпаки.

Постійні магніти використовуються для створення магнітного поля у пристроях автоматики, телемеханіки, зв’язку, вимірювальної техніки тощо. Виготовляють їх з магніто – твердих феромагнітних матеріалів, які володіють високою залишковою індукцією й великою коерцитивною силою. Його властивості характеризуються ділянкою петлі гістерезису при та , яку називають кривою розмагнічування гістерезисного циклу. Якість матеріалу для виготовлення магнітів визначається добутком залишкової індукції (В_З) й коерцитивної сили (Н_К). Чим більше цей добуток, тим краще матеріал для виготовлення магнітів. Отримують криву розмагнічування при розмагнічуванні попередньо намагніченого до стану насищення замкненого магнітопроводу з феромагнітного матеріалу, але звичайно коло постійного магніту не замкнено. Воно складається з магніту, приєднаної до його кінців арматури з магніто – м’якої сталі, й повітряних зазорів, які викликають зменшення залишкової індукції при зрівнянні з тою, яку отримали би при замкненому магнітному колі. Введення повітряного зазору у магнітне коло еквівалентно розмагніченій дії деякого уявного струму, направленого зворотно струму в обмотці при намагнічуванні без зазору. Тобто, повітряний зазор викликає розмагнічену дію.

Рисунок20.1 — Крива розмагнічення матеріалу магніту

Знаючи коефіцієнт розмагнічення, за кривою розмагнічення матеріалу магніту (рис.20.1) можна визначити магнітну індукцію у магніті, тобто у точці А. Тангенс кута α визначає коефіцієнт розмагнічення:

,

де та — масштаби напруженості та магнітної індукції,

— довжина повітряного зазору, м

— довжина магніту, м

Таким чином, коефіцієнт розмагнічення прямо пропорційний довжині повітряного зазору й зворотно пропорційний довжині магніту.