Магнитное поле — Технарь
При изучении явления взаимодействия наэлектризованных тел было установлено, что в пространстве, окружающем электрический заряд, существует электрическое поле. Под действием электрического поля происходит движение заряженных частиц (электрический ток): электронов — в металлах и ионов — в жидкостях.
Описаны различные явления, наблюдаемые в цепи, в которой существует электрический ток: тепловые, химические и магнитные. Магнитные явления, как уже указывалось, существуют всегда, когда существует электрический ток. Основное магнитное явление, состоит в том, что между двумя проводниками с током возникают силы взаимодействия. Такие силы называются магнитными силами.
В дальнейшем при изучении магнитных явлений мы будем пользоваться магнитной стрелкой. Магнитная стрелка, как известно, является главной частью компаса. Напомним, что у магнитной стрелки имеются два полюса: северный и южный. Линию, соединяющую концы (полюсы) магнитной стрелки, называют осью магнитной стрелки.
Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие электрического тока и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский ученый Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электрических явлениях.
Расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над осью магнитной стрелки (рис. 277). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое начальное положение. Это означает, что ток и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Как можно объяснить опыт Эрстеда?
Опыт Эрстеда навел ученых на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно- то и действует на магнитную стрелку, отклоняя ее.
Магнитное поле существует вокруг всякого электрического тока, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимо друг от друга.
Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только одно электрическое поле, вокруг же движущихся зарядов, т. е.
Вопросы. 1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток? 2. Какие магнитные явления вам известны? 3. В чем состоит опыт Эрстеда? 4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
§17. Магнитное поле проводника с током и способы его усиления
Магнитное поле проводника с током.
При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле (рис. 38). Магнитные силовые линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током.
Рис. 38. Магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током
Направление магнитного поля вокруг проводника с током всегда находится в строгом соответствии с направлением тока, проходящего по проводнику. Направление магнитных силовых линий можно определить по правилу буравчика. Его формулируют следующим образом.
Если поступательное движение буравчика 1 (рис. 39, а) совместить с направлением тока 2 в проводнике 3, то вращение его рукоятки укажет направление силовых линий 4 магнитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость листа книги (рис. 39, б), то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению от плоскости листа книги к нам, то магнитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки.
Рис. 39. Определение направления магнитного поля по правилу буравчика.
Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.По мере удаления от проводника магнитные силовые линии располагаются реже. Следовательно, индукция магнитного поля и его напряженность уменьшаются.
Напряженность магнитного поля в пространстве, окружающем проводник,
H = I/(2πr) (44)
Максимальная напряженность Нmax имеет место на внешней поверхности проводника 1 (рис. 40). Внутри проводника также
Рис. 40. Кривая распределения напряженности магнитного поля Н вокруг и внутри проводника с током.
возникает магнитное поле, но напряженность его линейно уменьшается по направлению от внешней поверхности к оси (кривая 2). Магнитная индукция поля вокруг и внутри проводника изменяется таким же образом, как и напряженность.
Способы усиления магнитных полей.
Для получения сильных магнитных полей при небольших токах обычно увеличивают число проводников с током и выполняют их в виде ряда витков; такое устройство называют обмоткой, или катушкой.
При проводнике, согнутом в виде витка (рис. 41, а), магнитные поля, образованные всеми участками этого проводника, будут внутри витка иметь одинаковое направление. Поэтому интенсивность магнитного поля внутри витка будет больше, чем вокруг прямолинейного проводника. При объединении витков в катушку магнитные поля, созданные отдельными витками, складываются (рис. 41, б) и их силовые линии соединяются в общий магнитный поток.
Рис. 41. Магнитные поля, созданные витком с током (а) и катушкой (б)
При этом концентрация силовых линий внутри катушки возрастает, т. е. магнитное поле внутри нее усиливается. Чем больше ток, проходящий через катушку, и чем больше в ней витков, тем сильнее создаваемое катушкой магнитное поле.
Магнитное поле снаружи катушки также складывается из магнитных полей отдельных витков, однако магнитные силовые линии располагаются не так густо, вследствие чего интенсивность магнитного поля там не столь велика, как внутри катушки. Магнитное поле катушки, обтекаемой током, имеет такую же форму, как и поле прямолинейного постоянного магнита (см. рис. 35, а): силовые магнитные линии выходят из одного конца катушки и входят В другой ее конец.
Поэтому катушка, обтекаемая током, представляет собой искусственный электрический магнит. Обычно для усиления магнитного поля внутрь катушки вставляют стальной сердечник; такое устройство называется электромагнитом.
Электромагниты нашли чрезвычайно широкое применение в технике. Они создают магнитное поле, необходимое для работы электрических машин, а также электродинамические усилия, требуемые. Для работы различных электроизмерительных приборов и электрических аппаратов.
Электромагниты могут иметь разомкнутый или замкнутый магнитопровод (рис. 42). Полярность конца катушки электромагнита можно определить, как и полярность постоянного магнита, при помощи магнитной стрелки. К северному полюсу она поворачивается южным концом.
Рис. 42. Электромагниты с разомкнутым (а) и замкнутым (б) магнитопроводом
Для определения направления магнитного поля, создаваемого витком или катушкой, можно использовать также правило буравчика. Если совместить направление вращения рукоятки с направлением тока в витке или катушке, то поступательное движение буравчика укажет направление магнитного поля.
Полярность электромагнита можно определить и с помощью правой руки. Для этого руку надо положить ладонью на катушку (рис. 43) и совместить четыре пальца с направлением в ней тока, при этом отогнутый большой палец покажет направление магнитного поля.
Рис. 43. Определение полярности электромагнита с помощью правой руки
| Код и классификация направлений подготовки | Код группы образовательной программы | Наименование групп образовательных программ | Количество мест |
| 8D01 Педагогические науки | |||
| 8D011 Педагогика и психология | D001 | Педагогика и психология | 45 |
| 8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения | D002 | Дошкольное обучение и воспитание | |
| 8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации | D003 | Подготовка педагогов без предметной специализации | 22 |
| 8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития | D005 | Подготовка педагогов физической культуры | 7 |
| 8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам | D010 | Подготовка педагогов математики | 30 |
| D011 | Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки) | ||
| D012 | Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки) | 35 | |
| D013 | Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки) | 22 | |
| D014 | Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки) | 18 | |
| D015 | Подготовка педагогов географии | 18 | |
| 8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам | D016 | Подготовка педагогов истории | 17 |
| 8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе | D017 | Подготовка педагогов казахского языка и литературы | 37 |
| D018 | Подготовка педагогов русского языка и литературы | 24 | |
| D019 | Подготовка педагогов иностранного языка | 37 | |
| 8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию | D020 | Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию | 10 |
| 8D019 Cпециальная педагогика | D021 | Cпециальная педагогика | 20 |
| Всего | 370 | ||
| 8D02 Искусство и гуманитарные науки | |||
| 8D022 Гуманитарные науки | D050 | Философия и этика | 20 |
| D051 | Религия и теология | 11 | |
| D052 | Исламоведение | 6 | |
| D053 | История и археология | 33 | |
| D054 | Тюркология | 7 | |
| D055 | Востоковедение | 10 | |
| 8D023 Языки и литература | D056 | Переводческое дело, синхронный перевод | 16 |
| D057 | Лингвистика | 15 | |
| D058 | Литература | 26 | |
| D059 | Иностранная филология | 19 | |
| D060 | Филология | 42 | |
| Всего | 205 | ||
| 8D03 Социальные науки, журналистика и информация | |||
| 8D031 Социальные науки | D061 | Социология | 20 |
| D062 | Культурология | 12 | |
| D063 | Политология и конфликтология | 25 | |
| D064 | Международные отношения | 13 | |
| D065 | Регионоведение | 16 | |
| D066 | Психология | 17 | |
| 8D032 Журналистика и информация | D067 | Журналистика и репортерское дело | 12 |
| D069 | Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело | 3 | |
| Всего | 118 | ||
| 8D04 Бизнес, управление и право | |||
| 8D041 Бизнес и управление | D070 | Экономика | 39 |
| D071 | Государственное и местное управление | 28 | |
| D072 | Менеджмент и управление | 12 | |
| D073 | Аудит и налогообложение | 8 | |
| D074 | Финансы, банковское и страховое дело | 21 | |
| D075 | Маркетинг и реклама | 7 | |
| 8D042 Право | D078 | Право | 30 |
| Всего | 145 | ||
| 8D05 Естественные науки, математика и статистика | |||
| 8D051 Биологические и смежные науки | D080 | Биология | 40 |
| D081 | Генетика | 4 | |
| D082 | Биотехнология | 19 | |
| D083 | Геоботаника | 10 | |
| 8D052 Окружающая среда | D084 | География | 10 |
| D085 | Гидрология | 8 | |
| D086 | Метеорология | 5 | |
| D087 | Технология охраны окружающей среды | 15 | |
| D088 | Гидрогеология и инженерная геология | 7 | |
| 8D053 Физические и химические науки | D089 | Химия | 50 |
| D090 | Физика | 70 | |
| 8D054 Математика и статистика | D092 | Математика и статистика | 50 |
| D093 | Механика | 4 | |
| Всего | 292 | ||
| 8D06 Информационно-коммуникационные технологии | |||
| 8D061 Информационно-коммуникационные технологии | D094 | Информационные технологии | 80 |
| 8D062 Телекоммуникации | D096 | Коммуникации и коммуникационные технологии | 14 |
| 8D063 Информационная безопасность | D095 | Информационная безопасность | 26 |
| Всего | 120 | ||
| 8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли | |||
| 8D071 Инженерия и инженерное дело | D097 | Химическая инженерия и процессы | 46 |
| D098 | Теплоэнергетика | 22 | |
| D099 | Энергетика и электротехника | 28 | |
| D100 | Автоматизация и управление | 32 | |
| D101 | Материаловедение и технология новых материалов | 10 | |
| D102 | Робототехника и мехатроника | 13 | |
| D103 | Механика и металлообработка | 35 | |
| D104 | Транспорт, транспортная техника и технологии | 18 | |
| D105 | Авиационная техника и технологии | 3 | |
| D107 | Космическая инженерия | 6 | |
| D108 | Наноматериалы и нанотехнологии | 21 | |
| D109 | Нефтяная и рудная геофизика | 6 | |
| 8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли | D111 | Производство продуктов питания | 20 |
| D114 | Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия | 9 | |
| D115 | Нефтяная инженерия | 15 | |
| D116 | Горная инженерия | 19 | |
| D117 | Металлургическая инженерия | 20 | |
| D119 | Технология фармацевтического производства | 13 | |
| D121 | Геология | 24 | |
| 8D073 Архитектура и строительство | D122 | Архитектура | 15 |
| D123 | Геодезия | 16 | |
| D124 | Строительство | 12 | |
| D125 | Производство строительных материалов, изделий и конструкций | 13 | |
| D128 | Землеустройство | 14 | |
| 8D074 Водное хозяйство | D129 | Гидротехническое строительство | 5 |
| 8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) | D130 | Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) | 11 |
| Всего | 446 | ||
| 8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы | |||
| 8D081 Агрономия | D131 | Растениеводство | 22 |
| 8D082 Животноводство | D132 | Животноводство | 12 |
| 8D083 Лесное хозяйство | D133 | Лесное хозяйство | 6 |
| 8D084 Рыбное хозяйство | D134 | Рыбное хозяйство | 4 |
| 8D087 Агроинженерия | D135 | Энергообеспечение сельского хозяйства | 5 |
| D136 | Автотранспортные средства | 3 | |
| 8D086 Водные ресурсы и водопользование | D137 | Водные ресурсы и водопользования | 11 |
| Всего | 63 | ||
| 8D09 Ветеринария | |||
| 8D091 Ветеринария | D138 | Ветеринария | 21 |
| Всего | 21 | ||
| 8D11 Услуги | |||
| 8D111 Сфера обслуживания | D143 | Туризм | 11 |
| 8D112 Гигиена и охрана труда на производстве | D146 | Санитарно-профилактические мероприятия | 5 |
| 8D113 Транспортные услуги | D147 | Транспортные услуги | 5 |
| D148 | Логистика (по отраслям) | 4 | |
| 8D114 Социальное обеспечение | D142 | Социальная работа | 10 |
| Всего | 35 | ||
| Итого | 1815 | ||
| АОО «Назарбаев Университет» | 65 | ||
| Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан | 10 | ||
| Всего | 1890 | ||
Вокруг неподвижных зарядов существует поле. Подготовила И.А
Мы знаем из опыта, что магниты притягивают железо и другие магниты. Вокруг них существует магнитное поле . При попадании в это поле замкнутого проводящего контура, в нем возможно возникновение электрического тока , то есть, возникновение электрического поля.
Это явление известно и называется электромагнитной индукцией . Однако возникает ряд вопросов. Отличается ли возникшее электрическое поле от поля неподвижных зарядов? Какую роль играет проводник, то есть возникает ли электрическое поле только в поднесенном к магниту проводнике? Или же это поле существует независимо от посторонних объектов, наряду с магнитным?
Ответы на эти вопросы дал английский ученый Джеймс Максвелл, создав теорию электромагнитного поля. В девятом классе этот вопрос изучается только в общих чертах, но на достаточно глубоком уровне, чтобы ответить на вышезаданные вопросы.
Итак, что говорит по поводу электромагнитного поля физика?
Доказано теоретически и практически, что меняющееся со временем магнитное поле порождает переменное электрическое поле, а меняющееся со временем электрическое поле служит источником возникновения магнитного поля. Вот эти меняющиеся поля вместе образуют общее единое электромагнитное поле.
Источник электромагнитного поля это ускоренно движущиеся электрические заряды . Электроны, вращаясь вокруг ядер атомов , движутся с ускорением, соответственно, они порождают вокруг себя это самое электромагнитное поле.
Когда электроны двигаются в проводнике, образуя электрический ток, то они все время движутся с ускорением, так как при этом колеблются, то есть все время меняют направление своего движения. Слабой связью электронов с ядрами и их способностью свободно перемещаться внутри вещества, и обусловлено существование электромагнитного поля в проводниках.
В непроводниках электроны намного сильнее связаны с ядрами атомов, поэтому они не могут свободно перемещаться внутри вещества, а электромагнитные поля, создаваемые ими, компенсируются положительно заряженными ядрами атомов, поэтому вещества остаются нейтральными и не проводят ток.
Однако электромагнитные поля каждого отдельного электрона и протона существуют все равно и ничем не отличаются от таких же полей в проводниках. Поэтому непроводники способны намагничиваться, как например, волосы от расчески, а потом биться током. Это происходит, когда в результате трения некоторая часть электронов все же покидает атомы и образуются ничем не компенсированные заряды.
Теперь мы можем уверенно ответить на заданные выше вопросы. Электрическое поле покоящихся или движущихся зарядов, а также поле, полученное в результате электромагнитной индукции, ничем не отличаются друг от друга.
Вокруг магнита существует общее электромагнитное поле, электрическая составляющая которого существует независимо от того, есть ли рядом проводник или нет. Проводник, попадая в такое поле, фактически является лишь индикатором электрического поля, а показания проводника как индикатора это возникающий в нем электрический ток.
Основные понятия : магнитное поле, опыт Эрстеда, магнитные линии.
Чтобы изучить магнитное действие электрического тока, воспользуемся магнитной стрелкой. У магнитной стрелки есть два полюса: северный и южный . Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют ее осью .
Рассмотрим опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (рис.1). Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.
Рис.1. Ханс Кристиан Эрстед.
Расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно ее оси (см. рис.2).
Рис.2. Опыт Эрстеда.
При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля . Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя ее.
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т.е. электрического тока, существует и электрическое , и магнитное поле . Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».
Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.
В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.
На рисунке 3 изображена картинка магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.
Рис.3. Магнитные линии прямого тока.
Магнитные линии — это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок. Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии.
Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые, концентрические окружности.
С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию .
На рисунке 3,апоказано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нем направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180 0 (рис. 3,б; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой.) Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике
.
Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии. ()
Перейти к конспектов за 8 класс.
Домашнее задание по этой теме:
А.В. Перышкин, Е.М. Гутник,Физика 9, Дрофа, 2006: § 56, § 57.
«Проводники в электрическом поле диэлектрики в электрическом поле» — Диэлектриками называются материалы, в которых нет свободных электрических зарядов. Поляризация диэлектриков. Диэлектрики. Применение диэлектриков. По принципу суперпозиции полей напряжённость внутри проводника равна нулю. Тема: «Проводники и диэлектрики в электрическом поле». Заряды площадок равны. Существует три вида диэлектриков: полярные, неполярные и сегнетоэлектрики.
«На поле Куликовом» — И мы стоим безмолвною стеною, Сжав кулаки. И лилась кровь как вода. А автора шедевра добрым словом – Нам непременно надо помянуть. А щеты московские… а мечи булатные… С утра туман накрыл нас тишиною, Замолкли даже кулики. Васнецов «После побоища». Вавилов «Поединок Пересвета с Челубеем». А пред картиною, уверен, не случайно, Душа не может не затрепетать!
«Заряд электрического поля» — В какой точке поля потенциал меньше? 1) 1 2) 2 3) 3 4) Во всех точках поля потенциал одинаков. Незаряженная капля жидкости разделилась на две части. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной. В электрическое поле напряженностью 200 Н/Кл внесли заряд 10-7 Кл. Отрицательный.
«Вихревое электрическое поле» — Вихревое электрическое поле. Вихревое поле. Индукционное электрическое поле является вихревым. Электрическое поле- вихревое поле. Причина возникновения электрического тока в неподвижном проводнике — электрическое поле. Электрическое поле.
«Поле» — Стебель прямой, ветвистый, высотой 20 — 50 см, покрытый, как и листья, мягкими волосками. Василёк. Среда обитания: Под землей на лугах, в полях и лесах. Бобр. Загадка: Через поля, через луга встала нарядная дуга? Ареал обитания: Северная Америка, Сев. и Центр. Прогулка по полю. Крот – мелкое млекопитающее с большим аппетитом.
«Куликовская битва в Москве» — Вспомните крутой спуск к высотному зданию у Яузских ворот. Что на Куликовом поле войска Дмитрия Донского сражались не со степными кочевниками. Отсюда — и ДОН, ДОНСКАЯ, т. е. НИЗОВАЯ область. Толковый Словарь В. Даля). Здесь же — улица Солянка, называвшаяся раньше также КУЛИЖКИ, т. е. Кулишки. О том, что не было в то время на Руси никаких завоевателей.
Тест по физике на тему» Магнитные явления»
8 кл. Магнитные явления.
1.Магнитное поле возникает… 1) вокруг любого заряда 2) вокруг любого проводника 3) вокруг любого проводника с током 4) вокруг движущегося тела
2.Выберите верные утверждения 1) У магнита не может быть только один полюс 2) Противоположные полюса магнитов отталкиваются 3) Вокруг движущихся зарядов возникают магнитные поля 4) Полюса магнитов бывают северными, южными, западными и восточными
3. Однородное магнитное поле это: 1) Магнитное поле единичного магнитного заряда 2) Магнитное поле между однородными полюсами 3) Магнитное поле, линии которого расположены с одинаковой густотой и обладают одинаковой силой и направлением 4) Магнитное поле, линии которого параллельны
4. Выберите верные утверждения: 1) Магнитные линии замкнуты 2)Магнитные линии внутри магнита направлены от северного полюса к южному 3)Магнитные линии неосязаемы человеком 4)Магнитное поле существует только вокруг постоянных магнитов
5.Сопоставьте понятия и определения:
1) Электродвигатель 2) Электромагнит 3) Сердечник 4) Аккумулятор
А)Катушка с током и металлическим стержнем внутри Б)Металлический стержень внутри катушки с током В)Устройство, использующее взаимосвязь электричества и магнетизма Г)Источник тока
6. На рисунке показаны линии магнитного поля, которое было создано проводником с током. Каким НЕ может быть направление тока в проводнике?
1) За чертёж (от нас) 2) Из чертежа (на нас) 3) Вправо 4) Влево
5) Таким же, как и направление магнитных линий
7. Выберите верные утверждения: 1) Стрелка компаса не указывает точное направление на север 2) Северный магнитный полюс находится в северном полушарии 3) Магнитное поле Земли защищает планету от вредного излучения
4) Магнитное поле Земли одинаково в любой точке планеты
5) В природе существуют металлы, которые обладают свойствами магнитов
8. На сколько градусов повернутся магнитные стрелки, если ток в проводнике станет течь в противоположном направлении? Запишите число:
9. Некоторые предметы могут временно вести себя, как магниты. Это явление возникает…
1) Из-за существования магнитных аномалий 2) Из-за способности намагничиваться
3) Из-за нахождения рядом с проводником с током 4) Из-за магнитных бурь
10. Выберите верные утверждения: 1) Постоянные магниты — это тела, сохраняющие свои магнитные свойства в течение длительного времени 2) Магнитные аномалии — это места, где постоянные магниты теряют свои свойства 3) Северные и южные сияния — это одно из следствий солнечного ветра 4) Северные сияния возникают вблизи магнитных аномалий 5) Южные сияния возникают из-за магнитных бурь
11. Магнитное действие постоянных магнитов больше всего… 1) у северного полюса
2) у южного полюса 3) у обоих полюсов 4) в центре магнита
12. Местности, где магнитная стрелка компаса постоянно отклонена от обычного направления, называется… 1) магнитной аномалией 2) магнитным полюсом Земли
3) магнитным центром Земли 4) На Земле таких мест не существует
13. Если два северных полюса постоянных магнитов поднести друг к другу, то…
1) магниты будут взаимодействовать 2) магниты временно перестанут проявлять свойства постоянных магнитов 3) магниты будут отталкиваться
4) один из магнитов сменит полюс 5) возникнет магнитная аномалия
14. Выберите верные утверждения: 1)При вводе железного сердечника в катушку с током, магнитное поле катушки усилится 2)При вводе железного сердечника в катушку с током, магнитные линии изменят направление не противоположное 3)При вводе железного сердечника в катушку с током, произойдет короткое замыкание 4)При вводе железного сердечника в катушку с током, катушка начнет вращаться
15. На одном из рисунков в проводнике есть ток. 1) Это рисунок справа 2) Это рисунок слева 3) Неизвестно, потому что ток может течь в проводе, независимо от расположения провода
16. Сколько минимум нужно магнитов для создания магнитного поля? Запишите число:
17. Если распилить полосовой магнит на две части, то каждая из половинок будет иметь…
1) два южных полюса 2) два северных полюса 3) по одному полюсу: одна половинка — северный полюс, а другая – южный 4) по два полюса, как и исходный магнит
18. Сопоставьте: 1) Магнитосфера 2) Магнитная буря 3) магнитная аномалия
4) следствие солнечного ветра
А) увеличение солнечной активности Б)Северное сияние В)Магнитное поле Земли
Г)Залежи железных руд
19. Выберите верные утверждения об электродвигателе: 1)его КПД составляет 100%
2)его также называют электромагнитом 3)экологически чистый 4)КПД значительно выше, чем КПД теплового двигателя
20. Если по проводнику идет ток, то: 1) Вокруг него возникает магнитное поле 2) Магнитные линии сонаправлены с током 3) Он будет взаимодействовать с любым магнитом, находящимся в непосредственной близости 4) Вокруг него возникает электрическое поле
Ответы:
1) (1 б.) Верные ответы: 3;
2) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;
3) (2 б.) Верные ответы: 3;
4) (1 б.) Верные ответы:
Да;
Нет;
Да;
Нет;
5) (1 б.) Верные ответы:
2;
3;
1;
4;
6) (1 б.) Верные ответы: 3; 4; 5;
7) (2 б.) Верные ответы: 1; 3; 5;
8) (2 б.): Верный ответ: 180.;
9) (2 б.) Верные ответы: 2;
10) (1 б.) Верные ответы: 1; 3;
11) (1 б.) Верные ответы: 3;
12) (1 б.) Верные ответы: 1;
13) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;
14) (1 б.) Верные ответы:
Да;
Нет;
Нет;
Нет;
15) (1 б.) Верные ответы: 1;
16) (1 б.): Верный ответ: 1.;
17) (2 б.) Верные ответы: 4;
18) (2 б.) Верные ответы:
2;
4;
1;
3;
19) (1 б.) Верные ответы:
Нет;
Нет;
Да;
Да;
20) (1 б.) Верные ответы: 1; 3; 4;
Тесты по теме «Магнитное поле»
Использование тестов на уроках дает возможность осуществлять реальную индивидуализацию и дифференциацию обучения; вносить своевременную коррекционную работу в процесс преподавания; достоверно оценивать и управлять качеством обучения. Предлагаемые тесты по теме “Магнитное поле” содержат по 10 заданий.
Тест №1
1. Магнит создает вокруг себя магнитное поле. Где будет проявляться действие этого поля наиболее сильно?
А. Около полюсов магнита.
Б. В центре магнита.
В.Действие магнитного поля проявляется
равномерно в каждой точке магнита.
Верный ответ: А.
2. Можно ли пользоваться компасом на Луне для ориентирования на местности?
А. Нельзя.
Б. Можно.
В. Можно, но только на равнинах.
Верный ответ: А.
3. При каком условии магнитное поле появляется вокруг проводника?
А. Когда в проводнике возникает электрический
ток.
Б. Когда проводник складывают вдвое.
В. Когда проводник нагревают.
Верный ответ: А.
4. На рисунке показано расположение магнитной стрелки. Как в точке А направлен вектор магнитной индукции?
А. Вверх.
Б. Вниз.
В. Направо.
Г. Налево.
Верный ответ: В.
5. Укажите фундаментальное свойство магнитного поля?
А. Его силовые линии всегда имеют источники: они
начинаются на положительных зарядах и
оканчиваются на отрицательных.
Б. Магнитное поле не имеет источников. Магнитных
зарядов в природе нет.
В. Его силовые линии всегда имеют источники: они
начинаются на отрицательных зарядах и
оканчиваются на положительных.
Верный ответ: Б.
6.Выберите рисунок, где изображено магнитное поле.
Рис. 1
Рис. 2
Верный ответ: рис.2
7. По проволочному кольцу протекает ток. Укажите направление вектора магнитной индукции.
А. Вниз.
Б. Вверх.
В. Направо.
Верный ответ: Б.
8. Как ведут себя катушки с сердечниками, изображенные на рисунке.
А. Не взаимодействуют.
Б. Поворачиваются.
В. Отталкиваются.
Верный ответ: А.
9. Из катушки с током убрали железный сердечник. Как изменится картина магнитной индукции?
А. Густота магнитных линий многократно
возрастет.
Б. Густота магнитных линий многократно
уменьшится.
В. Картина магнитных линий не изменится.
Верный ответ: Б.
10. Каким способом можно изменить полюса магнитного катушки с током?
А. Ввести в катушку сердечник.
Б. Изменить направление тока в катушке.
В. Отключить источник тока.
Г. Увеличить силу тока.
Верный ответ: Б.
Тест №2
1. В Исландии и Франции морской компас начали использовать в 12-13 веках. Магнитный брусок закрепляли в центре деревянного креста, затем эту конструкцию помещали в воду, и крест, повернувшись, устанавливался в направлении север-юг. Каким полюсом магнитный брусок повернётся к северному магнитному полюсу Земли?
А. Северным.
Б. Южным.
Верный ответ: Б.
2. Какое вещество совсем не притягивается магнитом?
А. Железо.
Б. Никель.
В. Стекло.
Верный ответ: В.
3. Внутри стенового покрытия проложен изолированный провод. Как обнаружить местонахождения провода не нарушая стенового покрытия?
А. Поднести к стене магнитную стрелку.
Проводник с током и стрелка будут
взаимодействовать.
Б. Осветить стены. Усиление света укажет на
нахождение провода.
В. Местонахождение провода нельзя определить, не
ломая стенового покрытия.
Верный ответ: А.
4. На рисунке показано расположение магнитной стрелки. Как в точке А направлен вектор магнитной индукции?
А. Вниз.
Б. Вверх.
В. Направо.
Г. Налево.
Верный ответ: А.
5. В чем состоит особенность линий магнитной индукции?
А. Линии магнитной индукции начинаются на
положительных зарядах, оканчиваются на
отрицательных.
Б. Линии не имеют ни начала, ни конца. Они всегда
замкнуты.
Верный ответ: Б.
6. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости. На каком рисунке линии магнитной индукции изображены правильно.
Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4
Верный ответ: рис. 4.
7. По проволочному кольцу протекает ток. Укажите направление тока, если вектор магнитной индукции направлен вверх.
А. Против часовой стрелки.
Б. По часовой стрелке.
Верный ответ: А.
8. Определите характер взаимодействия катушек, изображенных на рисунке.
А. Притягиваются.
Б. Отталкиваются.
В. Не взаимодействуют.
Верный ответ: Б.
9. Рамка с током в магнитном поле поворачивается. В каком приборе используется это явление?
А. Лазерный диск.
Б. Амперметр.
В. Электромагнит.
Верный ответ: Б.
10. Почему рамка с током, помещенная между полюсами постоянного магнита вращается?
А. Из-за взаимодействия магнитных полей рамки и
магнита.
Б. Из-за действия электрического поля рамки на
магнит.
В. Из-за действия магнитного поля магнита на заряд в витке.
Верный ответ: А.
Литература: Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных документов/ А.В. Перышкин. - Дрофа, 2006.
Какие поля создаются вокруг проводника с током?
Для магнитного поля токи являются одним из источников магнитного поля, но эта проблема больше связана с источником тока в проводе. Для проводника с конечной проводимостью необходимо электрическое поле, чтобы управлять током в проводе.
Если мы предположим, что у вас прямой провод, это обязательное поле одинаково. Один из способов реализовать это поле состоит в том, чтобы взять две противоположно заряженные частицы и отправить их на бесконечность, увеличивая при этом величину их заряда, чтобы поддерживать правильную величину электрического поля. В этом пределе вы получите однородное электрическое поле через все пространство.
Теперь установите проводник вдоль оси между источниками напряжения — ток будет течь. В случае постоянного тока это приводит к появлению магнитного поля вне провода. Что касается электрического поля, проводник представляет собой материал с электронами, которые могут легко перемещаться в ответ на электрические поля, и их тенденция состоит в том, чтобы экранировать электрическое поле, чтобы получить баланс сил. Поскольку электроны не могут просто покинуть проводник, они могут экранировать поле только внутри проводника, а не снаружи проводника. С помощью этой модели мы видим, что электрическое поле полностью устанавливается источником, а размещение проводника в поле действительно просто создает ток. Обратите внимание, что если вы согнете провод или поместите его под углом относительно поля, поверхностные заряды будут образовываться, потому что теперь у вас есть компонент поля, перпендикулярный поверхности.
Для предела идеального проводника не нужно начинать электрическое поле, чтобы управлять током, и поэтому вне провода нет ни одного.
В случае переменного тока решение для полей становится чрезвычайно сложным очень быстро, так как теперь токи частиц, возбуждающих электрическое поле, имеют как источник напряжения, так и изменяющийся во времени магнитный источник через потенциал магнитного вектора. Однако основная физика та же, поскольку источник устанавливает поля (в нулевом порядке), а добавление проводника действительно просто определяет путь для прохождения потоков частиц. В следующем порядке ток возвращается и создает электромагнитные поля в дополнение к источнику (ам) и будет влиять на ток в других местах в цепи.
Я предполагаю, что короткий ответ на ваш вопрос заключается в том, что всегда есть поля вне проводника с током, а электрическое поле снаружи исчезает только в пределе идеального проводника. Проводники обычно не требуют очень сильных полей для возбуждения токов, так что электрическое поле снаружи обычно ничтожно мало, но не пренебрегайте им для очень больших потенциалов в малых цепях.
Что происходит с токоведущим проводом в магнитном поле? | Научный проект
- Сильный подковообразный магнит
- Длинный изолированный провод
- Инструмент для зачистки проводов
- D аккумулятор
- Изолента
- Зачистите 1 дюйм изоляции с каждой стороны провода.
- Положите подковообразный магнит набок на плоскую поверхность.
- Используйте небольшой кусок изоленты, чтобы прикрепить металлическую часть одного конца провода к отрицательной клемме аккумулятора.
- Пропустите провод между ножками подковообразного магнита.
- Удерживая изолированную часть провода, коснитесь открытым концом провода положительной клеммы аккумулятора. В каком направлении течет электрический ток? Зачем держать изоляцию провода вместо металла? Запишите свои наблюдения.
- Переверните магнит и повторите эксперимент. Что изменится, если что? Запишите свои наблюдения.
Проволока отогнется от полюсов магнита.
Электрические токи всегда создают собственные магнитные поля. Поведение и ток всегда можно описать правилом правой руки . Сделайте знак «большой палец вверх» рукой следующим образом:
Ток будет течь в направлении, указанном большим пальцем, и направление магнитного поля будет описываться направлением пальцев.
Это означает, что когда вы меняете направление тока, вы также меняете направление магнитного поля.Ток течет от отрицательного полюса батареи через провод к положительному полюсу батареи. Это может помочь вам определить направление магнитного поля.
Магниты, как и подковообразный магнит, используемый в этом упражнении, имеют два полюса , , южный и северный. Фраза «противоположности притягиваются» применима к магнитам; поэтому взаимодействия север-юг держатся вместе, а взаимодействия север-север и юг-юг отталкивают или отталкивают друг от друга. Поскольку магнитное поле, создаваемое электрическим током в проводе, меняет направление вокруг провода, оно отталкивает оба полюса магнита, отклоняясь от провода.В зависимости от того, какой полюс находится вверху (отметка на вашем магните может сказать вам, где север или юг), провод будет отклоняться от магнита или дальше в сторону буквы «U».
Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожностиEducation.com предоставляет идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация.Получая доступ к идеям проектов Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.
Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор.Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.
Соленоид
СоленоидСоленоид [nb 1] представляет собой катушку, намотанную в плотно упакованную спираль. В физике термин соленоид относится к длинной тонкой петле из проволоки, часто обернутой вокруг металлического сердечника, который создает магнитное поле, когда через него проходит электрический ток.Соленоиды важны, потому что они могут создавать контролируемые магнитные поля и могут использоваться в качестве электромагнитов. Термин соленоид относится конкретно к магниту, предназначенному для создания однородного магнитного поля в объеме пространства (где можно провести некоторый эксперимент).
В технике термин соленоид может также относиться к множеству преобразователей, которые преобразуют энергию в линейное движение. Этот термин также часто используется для обозначения электромагнитного клапана, который представляет собой интегрированное устройство, содержащее электромеханический соленоид, который приводит в действие пневматический или гидравлический клапан, или электромагнитный переключатель, который представляет собой особый тип реле, внутри которого используется электромеханический соленоид для управлять электрическим выключателем; например, соленоид автомобильного стартера или линейный соленоид, который является электромеханическим соленоидом.
Магнитное поле соленоида
Внутри
Это производное магнитного поля вокруг соленоида, которое является достаточно длинным, чтобы можно было игнорировать краевые эффекты. На диаграмме справа мы сразу знаем, что поле указывает в положительном направлении z внутри соленоида и в отрицательном направлении z вне соленоида.
Мы видим это, применяя правило захвата правой рукой для поля вокруг проволоки.Если мы обхватим правой рукой провод, указав большим пальцем в направлении тока, изгиб пальцев покажет, как ведет себя поле. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля, не направленные вверх, компенсируются симметрией. Снаружи происходит аналогичная отмена, а поле только направлено вниз.
Теперь рассмотрим воображаемую петлю c , которая находится внутри соленоида. По закону Ампера мы знаем, что линейный интеграл B (вектор магнитного поля) вокруг этой петли равен нулю, поскольку в ней нет электрических токов (можно также предположить, что циркулирующее электрическое поле, проходящее через петлю, является постоянным при такие условия: постоянный или постоянно меняющийся ток через соленоид).Выше мы показали, что поле направлено вверх внутри соленоида, поэтому горизонтальные участки контура c ничего не вносят в интеграл. Таким образом, интеграл от верхней стороны 1 равен интегралу нижней стороны 2. Поскольку мы можем произвольно изменять размеры контура и получить тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральные выражения фактически равны, то есть магнитное поле внутри соленоида радиально однородно. Однако обратите внимание, что ничто не запрещает ему изменяться в продольном направлении, что на самом деле так и есть.
Снаружи
Аналогичный аргумент можно применить к контуру и , чтобы сделать вывод о том, что поле вне соленоида радиально однородно или постоянно. Этот последний результат, который строго верен только около центра соленоида, где силовые линии параллельны его длине, важен, поскольку он показывает, что внешнее поле практически равно нулю, поскольку радиусы поля вне соленоида будут стремиться к бесконечность.
Можно также использовать интуитивный аргумент, чтобы показать, что поле вне соленоида фактически равно нулю.Линии магнитного поля существуют только в виде петель, они не могут расходиться или сходиться к точке, как силовые линии электрического поля (см. Закон Гаусса для магнетизма). Линии магнитного поля следуют продольной траектории соленоида внутри, поэтому они должны идти в противоположном направлении за пределами соленоида, чтобы линии могли образовывать петлю. Однако объем снаружи соленоида намного больше, чем объем внутри, поэтому плотность силовых линий снаружи значительно снижается. Напомним, что внешнее поле постоянно.Чтобы общее количество силовых линий было сохранено, внешнее поле должно стремиться к нулю по мере того, как соленоид становится длиннее.
Количественное описание
Теперь мы можем рассмотреть воображаемую петлю b . Возьмите линейный интеграл B вокруг петли с длиной петли l . Горизонтальные компоненты исчезают, а внешнее поле практически равно нулю, поэтому закон Ампера дает нам:
где μ 0 — магнитная постоянная, N — количество витков, i электрический ток. Этимология соленоида : 1827, Французский solénoïde , греческий solen «труба, канал» + комбинация греческого слова eidos «форма, форма» [1]
Ссылки
Внешние ссылки
Магнитное поле прямого токоведущего провода
Этот калькулятор магнитного поля прямого токоведущего провода позволяет легко описать магнитное поле, создаваемое длинным и прямым токоведущим проводом.Прочтите, чтобы понять основы этого явления и узнать, как можно оценить силу этого поля. Обязательно проверьте нашу электромагнитную силу на калькуляторе прямого токоведущего провода!
Магнитное поле провода
Знаете ли вы, что электричество всегда напрямую связано с магнетизмом? Это результат одного из уравнений Максвелла, согласно которому протекающий электрический ток создает магнитное поле. Рассмотрим случай длинного прямого провода, по которому проходит электрический ток.В этой конкретной ситуации силовые линии магнитного поля образуют концентрические круги вокруг кабеля, а сила магнитного поля зависит от расстояния до провода и тока, протекающего по нему. (- 7) [T * m / A] .
Вы можете видеть, что чем выше ток, протекающий по проводу, и чем ближе мы к проводу, тем сильнее создается магнитное поле.
Магнитное поле Земли
Земля и другие планеты и звезды в нашей Вселенной действуют как огромные магниты. Магнитное поле Земли возникает в ее ядре, где находятся очень горячие электропроводящие жидкости. Движение этих жидкостей генерирует текущий ток, как в проводе, который затем отвечает за создание магнитного поля.(-5) Т . Хотя это крошечное поле, мы все еще можем видеть его на компасе.
Давайте воспользуемся нашим калькулятором, чтобы оценить ток, который должен протекать по прямому проводу, чтобы получить магнитное поле Земли на расстоянии 1 см от провода. После расчетов кажется, что нам нужно всего 2,5 A , чтобы не отставать от магнитного поля Земли!
Как создаются магнитные поля — Видео и стенограмма урока
Токопроводящие проводники
Эксперимент XIX века показал, что провод, по которому проходит электрический ток, является магнитом.Поскольку все электроны движутся по проводу в одном направлении, вокруг провода создается четко определенное магнитное поле. Сила магнитного поля пропорциональна величине тока, протекающего по проводу. Другими словами, увеличение тока увеличивает силу магнитного поля. Итак, если провода такие магнитные, почему мы не видим, как скрепки и вилки летают по комнате и прилипают к ним? Причина в том, что магнитное поле не очень сильно при нормальном, повседневном уровне электрического тока.Нам нужно будет немного поработать, чтобы превратить проволоку в полезный магнит.
Электромагниты
Электромагнит — это магнит, который использует электрический ток для создания своего магнитного поля. Это отличается от постоянных магнитов, таких как те, что есть в вашем холодильнике, которые полагаются на магнитные свойства атомов в материале для создания магнитного поля.На данный момент наш электромагнит представляет собой просто провод, но магнитное поле слишком слабое, чтобы сделать что-либо практичное. Однако, если мы согнем провод вокруг и вокруг, чтобы сформировать катушку, магнитные поля петель будут концентрироваться в центре. Чтобы еще больше усилить этот эффект, мы можем намотать несколько слоев проволоки друг на друга. Использование большего количества витков провода увеличивает силу магнитного поля. Это явное улучшение по сравнению с нашим одиночным проводом, которое использовалось ранее, но оно все еще недостаточно прочное, чтобы быть действительно практичным.
Мы можем сделать наш электромагнит в несколько тысяч раз сильнее, поместив сердечник из ферромагнитного материала, например железа, в центр катушки. Ферромагнитные материалы содержат так называемые магнитные домены, которые представляют собой области в материале, которые действуют как крошечные магниты. Обычно домены имеют произвольную конфигурацию, и материал не проявляет никакого магнетизма. Однако при воздействии магнитного поля, такого как создаваемое нашей катушкой с проволокой, домены начинают выравниваться, и отдельные магнитные поля объединяются в большее поле.
Степень выравнивания домена зависит от силы магнитного поля, создаваемого катушкой, которое, как мы узнали ранее, может контролироваться величиной тока, протекающего через провод. Не менее важно то, что при отключении тока магнитные домены возвращаются к своей случайной конфигурации, и электромагнит теряет почти весь свой магнетизм. Возможность управлять очень мощным магнитом с помощью переключателя имеет множество практических применений.
Электромагниты в действии
Мы используем электромагниты каждый день, даже не осознавая этого.Их можно найти буквально на тысячах различных устройств, потому что они очень полезны. Например, их можно использовать для подъема стали на свалке металлолома, для звонка в школьный звонок на перемену и даже для левитации высокоскоростных поездов. Знаете ли вы, что в динамиках используются электромагниты? Выступающие пользуются преимуществом того факта, что силой электромагнита можно управлять, регулируя электрический ток.
У динамика есть постоянный магнит, установленный на раме, и небольшой электромагнит, прикрепленный к гибкому конусу. Источник звука, например радио, посылает переменный ток на электромагнит, который изменяет то, насколько сильно электромагнит реагирует на магнитное поле постоянного магнита. Это контролирует движение конуса, который производит амплитуду и частоту звука, который мы слышим. Как видите, электромагниты позволяют нам преобразовывать электрический ток в полезную механическую силу, которую можно использовать во всех сферах применения.
Краткое содержание урока
Все магнитные поля создаются движущимися заряженными частицами. Стационарные заряженные частицы не создают магнитных полей. Электромагнит — это магнит, который использует электрический ток для создания магнитного поля. Простейший электромагнит — это просто провод, по которому проходит ток, который создает магнитное поле вокруг провода. Если обернуть провод в катушку, магнитное поле в центре катушки становится сильнее. Добавление ферромагнитного сердечника в центр катушки резко увеличивает напряженность магнитного поля.
Ферромагнитные материалы содержат магнитные домены произвольной формы, которые выравниваются под действием магнитного поля. Выравнивание этих доменов объединяет их индивидуальные магнитные поля в одно сильное поле. Изменение тока в проводе вызывает разную степень выравнивания и, следовательно, общую силу электромагнита. Возможность электрического управления магнетизмом электромагнита привела к множеству практических применений.
Результаты обучения
После просмотра этого урока вы сможете делать следующее:
- Объяснять, как создаются магнитные поля с помощью электричества
- Определить электромагнит
- Опишите, как добавление ферромагнитного материала к проводу увеличивает напряженность магнитного поля.
- Приведите примеры повседневного применения электромагнитов
Магнетизм: бесконтактная сила
Эта идея фокусировки исследована с помощью:
Противопоставление взглядов студентов и ученых
Ежедневный опыт студентов
Многие молодые студенты испытали запоминающийся, но часто сбивающий с толку опыт работы с магнитами и магнитными материалами.Магнитные материалы регулярно встречаются в доме, часто они держат мелкие предметы на кухонном холодильнике или держат шкафы и дверцы холодильника закрытыми. Во многих детских игрушках используются слабые магниты, чтобы «склеивать» материалы (например, деревянные вагоны поезда), или они используются в простых детских конструкторах, чтобы они могли быстро собирать более сложные конструкции без использования грязного клея или сложных соединений. В игрушках очень редко используется магнитное отталкивание.
Многие младшие школьники еще не сформировали четких представлений или, во многих случаях, вообще каких-либо представлений о том, как магниты взаимодействуют с материей или друг с другом.Они не видят необходимости различать магнитные силы и электростатические силы (или гравитацию). Для них это часто кажется обычным переживанием одной и той же невидимой бесконтактной силы, обычно только притяжения. Например, воздушный шар, «натертый» тканью, приводящий к его притяжению к другому объекту, часто неправильно описывается молодыми студентами (и даже некоторыми взрослыми) как каким-то образом «намагниченный».
Путаница студентов по поводу бесконтактных сил исследуется в основной идее Электростатика — Уровень 4.
Хорошо известно, что старшие ученики придерживаются различных взглядов на магнетизм, которые значительно различаются по степени сложности, от магнитных моделей с окружающими их «облаками» действия до идей об «электрических лучах» и «полях». Однако многие младшие школьники просто ассоциируют магнетизм с «притягивающей силой». Понятно, что их наивная модель не имеет предсказательной или объяснительной силы, и они обычно не осознают необходимости делать больше, чем идентифицировать и маркировать привлекательное или менее частое отталкивающее поведение как магнитное.
Исследование: Эриксон (1994), Борхес и Гилберт (1998), Хаупт (2006), Ван Хук и Хузиак-Кларк (2007), Эшбрук (2005), Хикки и Шибечи (1999), Мэлони, О’Кума, Хейггельке и Ван Хеувелен (2001)
Научная точка зрения
Мы часто встречаемся с магнитные поля в нашем повседневном опыте (например, магнитное поле Земли и магнитные поля, создаваемые электрическим током). Однако подавляющее большинство магнитных полей вокруг нас просто слишком слабы, чтобы вызывать какие-либо наблюдаемые эффекты, или остаются «удаленными от нас», потому что они используются в более сложных машинах, таких как электродвигатели и жесткие диски компьютеров.
Магнитное притяжение и отталкивание — одна из трех фундаментальных сил бесконтактной природы. Две другие силы электростатические и гравитационные (см. идею фокусировки Бесконтактные силы на уровне 4, Электростатика — Уровень 4 и Гравитация — Уровень 6).
Подавляющее большинство магнитов, с которыми мы сталкиваемся (например, магниты на холодильник, дверные защелки и магнитные игрушки), изготовлены из материалов, которые ферромагнетик. Эти материалы основаны на смесях железа, никеля или кобальта, поскольку это единственные три известных ферромагнитных элемента.С их помощью и добавлением более дорогих редкоземельных элементов можно сделать более сильные промышленные магниты.
Атомы в ферромагнитных материалах разные, потому что они могут вести себя как маленькие магниты. Обычно магнитное поле вокруг каждого атома направлено в случайном направлении, в результате чего они компенсируют друг друга (см. Рисунок 1). Однако, если окружающее магнитное поле достаточно сильное, они могут выровняться, чтобы каждый из них способствовал созданию более сильного магнитного поля в материале (см. Рисунок 2).Они также могут оставаться выровненными, когда окружающее поле удаляется, создавая постоянный магнит.
Типичные магниты, которые можно найти вокруг дома или использовать в гитарных «звукоснимателях» или очистителях стекла для аквариумов, сделаны из ферромагнитных материалов и могут создавать постоянные магнитные поля с интенсивностью до 3000 раз большей, чем магнитное поле Земли.
Ферромагнитные материалы обычно очень хрупкие и легко раскалываются или ломаются при падении или ударе.Они также потеряют свои постоянные магнитные свойства при сильном нагревании. Все эти действия приводят к тому, что отдельные атомы теряют выравнивание.
Считается, что магнитные поля, окружающие все магниты, имеют два полюса: северный и южный. Эти названия происходят из наблюдения, что магниты будут выровнены в направлении слабого магнитного поля Земли, если им позволено свободно вращаться, то есть магнитные компасы для определения направления полагаются на этот принцип для работы. «Северный полюс» магнита получил это название, потому что он всегда указывает на северный географический магнитный полюс Земли.
Подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные магнитные полюса притягиваются друг к другу.
Критические идеи обучения
- Магнитные силы — это неконтактные силы; они тянут или толкают предметы, не касаясь их.
- Магниты притягиваются только к некоторым «магнитным» металлам, а не ко всем материям.
- Магниты притягиваются к другим магнитам и отталкивают их.
В соответствии со стандартами до Уровня 3 включительно, уместно поощрять учащихся наблюдать и исследовать магнитные явления в игре.Студентам необходимо помочь развить простое понимание наблюдаемого притяжения магнитов к некоторым «особым» металлам (не ко всем металлам), а также их притяжения и отталкивания к другим магнитам. Учащимся следует поощрять различать магнитные, электростатические и гравитационные силы, как отличные друг от друга, но примеры сил, которые могут действовать без физического контакта, то есть примеры бесконтактных сил.
Изучите взаимосвязь между идеями о магнетизме и неконтактными силами в Карты развития концепции — Электричество и магнетизм.
Учебные занятия
Предложите открытую проблему для изучения в игре или путем решения задач.
Предоставьте учащимся различные материалы, чтобы они могли исследовать, какие из них обладают магнитными свойствами. Эти материалы могут включать образцы: бумаги, пластика, полистирола, дерева, стекла, веревки, листьев, керамики, камня и некоторых предметов из железа или стали. Старайтесь использовать только металлические предметы, сделанные из железа или стали, чтобы учащиеся могли понять, что быть состоящими из твердого металлического материала — обычное свойство.
Раздайте ученикам пакеты с образцами (скажем, 12–15) и попросите их протестировать образцы с помощью стержневого магнита или магнита на холодильник, чтобы увидеть, какие из них притягиваются к магниту. Попросите их разделить предметы на две отдельные группы: те, которые кажутся притягиваемыми магнитом, и те, которые не притягиваются.
Предложите студентам предложить общие черты объектов в группе, которые были привлечены магнитом. Может ли разница в их цвете, весе или веществе, из которого они сделаны? Попросите учащихся предложить и проверить свои идеи, чтобы определить возможные общие свойства.
Затем спросите учащихся, все ли предметы из металлических материалов магнитные. Был ли у кого-нибудь из студентов опыт, свидетельствующий об обратном? Теперь предоставьте учащимся несколько предметов, сделанных из разных металлов, и попросите их рассортировать предметы на две стопки, предсказывая, какие предметы будут притягиваться к магниту, а какие нет. Некоторыми примерами металлов и их источников могут быть: алюминиевые банки или фольга, латунные ключи, медные гвозди или проволока, стальные винты или гвозди, цинкование или припой, железные болты или гвозди, свинцовые грузила и никелевые сварочные стержни.
После сортировки объектов учащиеся могут протестировать их, чтобы убедиться, что они правильно предсказали, какие материалы являются магнитными.
Цель состоит в том, чтобы побудить студентов испытать различные материалы и путем исследования признать, что только некоторые металлы обладают магнитными свойствами. Важно отметить, что в нашем повседневном опыте большинство металлов кажутся магнитными, потому что наиболее широко используемым металлом является сталь, содержащая железо.
Начать обсуждение через общий опыт
Большинство студентов знакомы с магнитами, «притягивающими» магнитные материалы или с притяжением к некоторым металлическим поверхностям, таким как холодильники и белые доски, но они гораздо менее знакомы с магнитными силами, которые отталкивают друг друга.Студентам становится труднее исследовать это, потому что у них должно быть как минимум два магнита сопоставимой силы, а многие из знакомых рекламных магнитов на холодильник, используемых для простых исследований, являются слабыми и сконструированы таким образом, что у них нет идентифицируемых магнитных полюсов.
Постарайтесь приобрести несколько магнитов для очистки стекла «аквариум», которые поставляются парами, или «магниты для коров», которые можно приобрести в некоторых магазинах сельскохозяйственной продукции. Поверхности этих магнитов хорошо защищены и уменьшают риск случайного защемления учениками пальцев или разбрасывания фрагментов магнитов при неосторожном обращении.
Попросите учеников выяснить, что им нужно сделать, чтобы магниты притягивались и отталкивались друг от друга. Попросите их идентифицировать разные концы каждого магнита с помощью стикеров. Насколько хорошо ученики могут предсказать, что произойдет, когда магниты поднесут друг к другу?
Теперь предложите ученикам использовать малярную ленту, чтобы закрепить один магнит на крыше игрушечной машинки. Используйте ручной магнит, чтобы толкать автомобиль, не касаясь его, или притягивать автомобиль к себе, изменяя его ориентацию.Могут ли студенты предсказать, будет ли магнит на машине притягиваться или отталкиваться приближением нового магнита?
Цель здесь в том, чтобы учащиеся осознали, что магниты могут как отталкивать, так и притягивать друг друга. На этом уровне для учащихся не считается важным уметь вспоминать, что одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются, но осознавать, что магниты могут отталкиваться и притягиваться, не вступая в физический контакт, и что важна их ориентация.
Открытое обсуждение через общий опыт
Учащимся можно предложить изучить, проходят ли магнитные силы через другие немагнитные материалы.Чтобы привлечь интерес учащихся, поместите магнит (например, магнит для чистки стекла аквариума) на классный стол. Вставьте еще один магнит (другой магнит для чистки стекла) под стол, чтобы они сильно притягивались. Расположите магнит так, чтобы вы могли перемещать магнит под столом коленом или другой рукой. Магнит на столешнице будет следовать за движением магнита внизу. Это таинственное движение магнита на столе произведет впечатление на студентов, но в конечном итоге они откроют для себя «уловку» второго магнита под столом.
Попросите учащихся прикрепить магнит к подставке или верхней части небольшой бутылки с водой с помощью «синей застежки» или липкой ленты, чтобы он выступал за боковую поверхность бутылки. Затем попросите их прикрепить канцелярскую скрепку к отрезку хлопка достаточной длины, чтобы протянуть руку от поверхности стола до магнита. Наконец, используйте «синюю кнопку», чтобы прикрепить вату к столу, чтобы скрепка не доходила до магнита и казалась подвешенной в воздухе с зазором между ней и магнитом.
Предложите студентам исследовать, могут ли различные материалы остановить магнитную силу притяжения, когда они помещаются между магнитом и скрепкой.Попробуйте листы бумаги, стекла, плитки, алюминиевой фольги, меди и цинка. Влияет ли какой-либо из этих материалов на уменьшение магнитной силы?
Здесь мы хотим показать учащимся, что магнитные силы останутся беспрепятственными и могут проходить через большинство материалов без какого-либо воздействия.
Помогает студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения.
Соберите несколько вешалок из проволоки без покрытия, разрежьте и выпрямите их на короткие отрезки от 10 до 20 см.Раздайте пару штук ученикам, работающим парами или тройками, убедившись, что они имеют разную длину. Также передайте каждой группе несколько (от 5 до 8) маленьких скрепок. Сознательно пока не выключайте магниты, чтобы ученики не соприкасались с проволокой.
Предложите студентам выяснить, удается ли притянуть какую-либо из длин проволоки скрепки. Если отрезки проволоки ранее не контактировали с какими-либо магнитами, они не должны проявлять магнитных свойств и не мешать скрепкам.
Теперь раздайте постоянный магнит каждой группе студентов и продемонстрируйте, как вы можете использовать один конец магнита, чтобы последовательно перемещать провод в одном направлении, заставляя его намагничиваться. Затем ученики могут повторить это со своей собственной длиной проволоки и определить, удалось ли им сделать магнит, проверив его способность притягивать или поднимать несколько скрепок.
Этот метод намагничивания соответствует идее использования магнитного поля (от магнита) для выравнивания направления атомов, действующих как крошечные магниты в проводе.Не рекомендуется делиться этим объяснением со студентами.
Попросите учащихся описать, что они делали, и обсудить, насколько им удалось создать магнит.
Сбор доказательств и данных для анализа
После того, как ученики успешно превратили один кусок проволоки в постоянный магнит, поставьте перед ними задачу сделать самый мощный магнит, который они могут. Они могут снова проверить свой успех, привлекая и поднимая как можно больше скрепок с помощью проволочных магнитов.Попросите учащихся из каждой группы записать количество скрепок, которые может поднять их магнит. Поощряйте студентов исследовать различные свойства проводов, которые могут способствовать созданию лучших магнитов, например сравните количество поглаживаний по каждому из них, длину проводов и методы, использованные для поглаживания каждой проволоки.
Поощряйте студентов проверять свои идеи и сравнивать результаты.
Магнитная сила на токоведущем проводе
Абстрактные
Магнитная сила на токоведущем проводе Hi.Я доктор Брюс Денардо здесь, на физическом факультете Морской аспирантуры в Монтерее, Калифорния. В другом видео мы продемонстрировали фундаментальную магнитную силу, действующую на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. В этом видео мы объясним и продемонстрируем магнитную силу на проводе, по которому проходит электрический ток. Удивительно, но можно сделать обратную демонстрацию, которую мы также объясним и сделаем. 2. ПЕРЕХОДНАЯ ПРОВОДКА Предположим, что у нас есть токоведущий провод, находящийся в магнитном поле.Мы знаем, что движущиеся заряды действуют на магнитные силы. Поскольку эти заряды ограничены проводом, на провод будет действовать сила. Для прямого провода, перпендикулярного однородному (или пространственно постоянному) магнитному полю, закон фундаментальной магнитной силы говорит нам, что сила перпендикулярна полю и проводу с направлением, заданным правилом правой руки. Величина силы — произведение силы тока, длины провода и магнитного поля. Вот демонстрация этого эффекта.Отрезок провода проходит между полюсными гранями постоянного магнита. Магнитное поле направлено от северного полюса к южному. Провод подключается к источнику постоянного тока. Положительный ток будет течь от красной клеммы к черной. По правилу правой руки предсказанная магнитная сила направлена вовне. Давайте проведем демонстрацию. Я включу ток от блока питания, что приведет к тому, что через цепь будет протекать примерно 5 ампер. Вы можете видеть, что существует действительно внешняя сила.Если ток меняется на противоположное, сила меняется на противоположную. Если вместо этого магнитное поле меняется на противоположное, сила также меняется на противоположную. Это все как раз то, что предсказывает закон магнитной силы. 3. ОБРАТНАЯ ПЕРЕГРУЗКА ПРОВОДА В предыдущей демонстрации мы видели, что пропускание тока через провод в магнитном поле вызывает силу на проводе, которая заставляет провод двигаться. Это стандартная демонстрация, которую часто называют «прыгающей проволокой». Некоторые из вас, возможно, видели это. Но сейчас мы проведем демонстрацию, которую вы, вероятно, не видели.Многие физические явления обратимы (техническое название взаимно). Является ли демонстрация прыгающей проволоки обратимой? То есть, вместо того, чтобы пропускать ток через провод, чтобы заставить его двигаться в магнитном поле, что, если мы переместим провод в магнитном поле? Будет ли генерироваться ток? Рассмотрим случай, когда проволока движется перпендикулярно магнитному полю. В проводе есть движущиеся заряды, но теперь они испытывают магнитную силу, действующую вдоль провода. Это создает напряжение на проводе.Если цепь замкнута, ток будет! Таким образом, демонстрация прыгающей проволоки должна быть обратимой! Можем ли мы это продемонстрировать? Обратите внимание, что проволока здесь образует маятник. Если мы заставим этот маятник колебаться, проволока будет двигаться вперед-назад в магнитном поле. Итак, мы просто подключаем провода к осциллографу и ищем напряжение. Кажется, там может быть сигнал, но слишком много шума. Частично это связано с тем, что провода действуют как антенная петля, улавливающая электромагнитные помехи.Как видите, если провода скручены вместе, мы получаем значительное снижение шума. Чтобы еще больше уменьшить шум, мы используем предусилитель со встроенными фильтрами. Я установил фильтры, чтобы удалить большую часть шума ниже и выше частоты маятника. Я также установил усиление на 1000. В конце концов, вы можете видеть, что мы значительно увеличили отношение сигнал / шум! Когда амплитуда маятника велика, обратите внимание, что значительное напряжение возникает только тогда, когда нижний провод находится в магнитном поле.Поскольку амплитуда маятника уменьшается из-за затухания, и мне приходится увеличивать усиление на осциллографе, обратите внимание, что нижний провод все больше и больше времени проводит в магнитном поле. Сигнал становится все более и более синусоидальным, что и должно быть! 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Пропускание электрического тока через провод в магнитном поле может вызвать движение провода. Это всем известная демонстрация «прыгуна». Сила возникает из-за фундаментальной магнитной силы, действующей на движущиеся заряды. В результате у нас есть двигатель, то есть любое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.Примечательно, что может иметь место и обратный процесс. Перемещение провода в магнитном поле может вызвать появление напряжения на проводе. Это напряжение можно использовать для управления электрическим током. В результате у нас есть генератор — любое устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Подобные простые демонстрации физики внесли фундаментальный вклад в промышленную революцию! Демонстрация лекций по физике всегда увлекательна, и поиски их никогда не заканчиваются. Это физический факультет Военно-морской аспирантуры, а я доктор.Брюс Денардо. Спасибо.
Права
Данная публикация является произведением правительства США, как это определено в Разделе 17 Свода законов США, раздел 101. Защита авторских прав недоступна для этой работы в Соединенных Штатах.Электромагнетизм: магнитное поле
Как видно на предыдущей странице, электрическое поле возникает из-за электрических зарядов. Неважно, как туда попали электрические заряды, будь то источник напряжения на конденсаторе или кто-то, кто натирает стеклянный стержень шелком (который действительно производит чистый заряд на стержне), Единственное, что имеет значение, это то, что заряд существует и порождает электрическое поле.
В мире электромагнетизма есть еще одна жемчужина, которая ждет своего открытия. Предположим, что электрические заряды движутся , . Поток электрического заряда известен как электрический ток. Что ж, электрический ток производит Магнитное поле (H-поле). В отличие от электрического поля которое направлено в сторону электрического заряда или от него, магнитное поле окружает поток заряда. Это показано в Рисунок 1:
Рисунок 1. Магнитное поле (H-поле) охватывает текущий электрический ток.
Электрический ток — это поток заряда, измеряемый в амперах и обычно записываемый как I . Один усилитель равен до 1 кулон в секунду. Если по прямому проводу протекает ток I А, магнитное поле, окружающее провод, увеличивается. расстояние R от провода составляет выдает:
| [Уравнение 1] |
|---|
Уравнение [1] утверждает, что величина магнитного поля уменьшается с расстоянием 1/ R от провода.Магнитный поле также прямо пропорционально текущему I . Рисунок 1 выше говорит нам, что направление магнитного поля определяется правилом правой руки: если большой палец правой руки указывает в направлении тока, ваши пальцы обертывание провода определяет направление магнитного поля. Магнитное поле — это векторная величина, подобная электрическому Поле. Величина задается уравнением [1], и направление указывает не в сторону, в сторону или в том же направлении провода, а оборачивается вокруг проволоки.
Единицы измерения магнитного поля — амперы на метр [А / м].
Закон Ленца
Представьте себе одиночную петлю из проволоки, по которой не течет ток. В центре петли их будет находиться направленное вверх Магнитное поле (подумайте о правиле правой руки — ток течет в одном и том же направлении вокруг петли, и магнитное поле поле оборачивается вокруг тока, который всегда направлен вверх в центре цикла). См. Рисунок 2:
Рис. 2. Ток, протекающий по контуру, создает магнитное поле внутри контура.
Электромагнетизм — это двойственность. Итак, если ток, текущий в петле, создает магнитное поле, что, если существует магнитное поле, и мы помещаем в него проволочную петлю? Оказывается, как только приложить магнитное поле, будет индуцированный ток, который будет противодействовать этому новому магнитному полю. Это известно как Закон Ленца .
Обратите внимание, что этот индуцированный ток возникает только при изменении магнитного поля внутри контура. Итак, давайте посмотрим на быстрый пример.Допустим, проволочная петля сидит без внешнего магнитного поля в момент времени t = 0 . Тогда от t = 0 до t = 1 магнитное поле линейно увеличивается, скажем, до 2 ампер / м [А / м]. Тогда с t = 1 и на Магнитное поле постоянно. Результирующий индуцированный ток будет напомню, как показано:
Рис. 3. Изменение внешнего магнитного поля, как показано на левом рисунке. Наведенный ток показан на рисунке справа.
На рисунке 3 я нарисовал наведенный ток как отрицательный, чтобы показать, что он действует, противодействуя изменяющемуся магнитному полю. Обратите внимание, что индуцированный ток существует только при изменении магнитного поля. Этот экспериментально найденный результат. Вывод: природе не нравится магнитное поле внутри петли. (при усреднении по площади петли, известной как магнитный поток) изменяется, и будет производить электрический ток до выступить против этого изменения.
Индуктивность
Теперь, когда мы знаем, что такое магнитное поле, мы можем определить индуктивность.Если вы спросите кого-нибудь со степенью физика, они вернутся к своим текстам и начнут говорить о плотности потока и витках катушки, и в конце дня вы ничего не узнаете, кроме кучи уравнений. Так что же такое индуктивность?
Классический индуктор представляет собой витую катушку:
Рис. 4. Классическая катушка индуктивности в виде проволочной петли вокруг какого-то материала.
Катушка с петлей, через которую протекает ток, создает собственное магнитное поле внутри катушки. Поле в катушке представляет собой накопленную энергию.Поэтому, когда источник тока отключен, природа будет производить противоположный ток, который противодействует уменьшенный ток (и, следовательно, потерянное магнитное поле внутри катушки). В результате изменяющийся во времени электрический ток ( и ), проходящий через индуктор должен создавать сетевое напряжение на катушке индуктивности, которое определяется по формуле:
| [Уравнение 2] |
|---|
Константа пропорциональности L известна как индуктивность.Это показатель того, насколько плотно намотаны провода. сами, сколько витков у катушки ( N ), материал внутри индуктора и т. д.
Итак, индуктивность — это мера сопротивления изменению электрического тока. Это связано с накопленной энергией в магнитном поле. поле. Вот параметры, влияющие на индуктивность:
