Магнитное поле. Линии — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: взаимодействие магнитов, магнитное поле проводника с током.Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.
Взаимодействие магнитов
На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.
• Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.
• Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.
• Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).
Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей — аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.
• Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд ,вне зависимости от того, покоится он или движется.
По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.
Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.
Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.
Линии магнитного поля
Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.
Например, можно получить некоторое геометрическое представление о магнитном поле, если разместить в разных точках пространства очень маленькие стрелки компаса. Опыт показывает, что стрелки выстроятся вдоль определённых линий —так называемых линий магнитного поля . Дадим определение этого понятия в виде следующих трёх пунктов.
1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии
2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии.
3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства.
Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.
Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1).
Рис. 1. Поле постоянного магнита
Северный полюс магнита обозначается синим цветом и буквой ; южный полюс — красным цветом и буквой . Обратите внимание, что линии поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс: ведь именно к южному полюсу магнита будет направлен северный конец стрелки компаса.
Опыт Эрстеда
Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.
Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.
Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2 (изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока. Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Рис. 2. Опыт Эрстеда
Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.
Магнитное поле прямого провода с током
Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3).
Рис. 3. Поле прямого провода с током
Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.
Правило часовой стрелки . Линии поля идут против часовой стрелки, если смотреть так, чтобы ток тёк на нас.
Правило винта (или правило буравчика, или правило штопора — это уж кому что ближе ;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока
Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).
На рис. 3 появилось и кое-что новое: это вектор , который называется индукцией магнитного поля, или магнитной индукцией. Вектор магнитной индукции является аналогом вектора напряжённости электрического поля: он служит силовой характеристикой магнитного поля, определяя силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды.
О силах в магнитном поле мы поговорим позже, а пока отметим лишь, что величина и направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции . В каждой точке пространства вектор направлен туда же,куда и северный конец стрелки компаса, помещённой в данную точку, а именно по касательной к линии поля в направлении этой линии. Измеряется магнитная индукция в
Как и в случае электрического поля, для индукции магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Он заключается в том, что индукции магнитных полей , создаваемых в данной точке различными токами, складываются векторно и дают результирующий вектор магнитной индукции: .
Магнитное поле витка с током
Рассмотрим круговой виток, по которому циркулирует постоянный ток . Источник,создающий ток, мы на рисунке не показываем.
Картина линий поля нашего витка будет иметь приблизительно следующий вид (рис. 4).
Рис. 4. Поле витка с током
Нам будет важно уметь определять, в какое полупространство (относительно плоскости витка) направлено магнитное поле. Снова имеем два альтернативных правила.
Правило часовой стрелки. Линии поля идут туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки.
Правило винта. Линии поля идут туда, куда будет перемещаться винт (с обычной правой резьбой), если вращать его в направлении тока.
Как видите, ток и поле меняются ролями — по сравнению с формулировками этих правил для случая прямого тока.
Магнитное поле катушки с током
Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис. 5 — изображение с сайта en.wikipedia.org). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков. Катушка называется ещё соленоидом.
Рис. 5. Катушка (соленоид)
Магнитное поле одного витка, как мы знаем, выглядит не очень-то просто. Поля? отдельных витков катушки накладываются друг на друга, и, казалось бы, в результате должна получиться совсем уж запутанная картина. Однако это не так: поле длинной катушки имеет неожиданно простую структуру (рис. 6).
Рис. 6. поле катушки с током
На этом рисунке ток в катушке идёт против часовой стрелки, если смотреть слева (так будет, если на рис. 5 правый конец катушки подключить к «плюсу» источника тока, а левый конец — к «минусу»). Мы видим, что магнитное поле катушки обладает двумя характерными свойствами.
1. Внутри катушки вдали от её краёв магнитное поле является однородным : в каждой точке вектор магнитной индукции одинаков по величине и направлению. Линии поля — параллельные прямые; они искривляются лишь вблизи краёв катушки, когда выходят наружу.
2. Вне катушки поле близко к нулю. Чем больше витков в катушке — тем слабее поле снаружи неё.
Заметим, что бесконечно длинная катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным.
Ничего не напоминает? Катушка является «магнитным» аналогом конденсатора. Вы же помните, что конденсатор создаёт внутри себя однородное электрическое поле, линии которого искривляются лишь вблизи краёв пластин, а вне конденсатора поле близко к нулю; конденсатор с бесконечными обкладками вообще не выпускает поле наружу, а всюду внутри него поле однородно.
А теперь — главное наблюдение. Сопоставьте, пожалуйста, картину линий магнитного поля вне катушки (рис. 6) с линиями поля магнита на рис. 1. Одно и то же, не правда ли? И вот мы подходим к вопросу, который, вероятно, у вас уже давно возник: если магнитное поле порождается токами и действует на токи, то какова причина возникновения магнитного поля вблизи постоянного магнита? Ведь этот магнит вроде бы не является проводником с током!
Гипотеза Ампера. Элементарные токи
Поначалу думали, что взаимодействие магнитов объясняется особыми магнитными зарядами, сосредоточенными на полюсах. Но, в отличие от электричества, никто не мог изолировать магнитный заряд; ведь, как мы уже говорили, не удавалось получить по отдельности северный и южный полюс магнита — полюса всегда присутствуют в магните парами.
Сомнения насчёт магнитных зарядов усугубил опыт Эрстеда, когда выяснилось, что магнитное поле порождается электрическим током. Более того, оказалось, что для всякого магнита можно подобрать проводник с током соответствующей конфигурации, такой, что поле этого проводника совпадает с полем магнита.
Ампер выдвинул смелую гипотезу. Нет никаких магнитных зарядов. Действие магнита объясняется замкнутыми электрическими токами внутри него.
Что это за токи? Эти элементарные токи циркулируют внутри атомов и молекул; они связаны с движением электронов по атомным орбитам. Магнитное поле любого тела складывается из магнитных полей этих элементарных токов.
Элементарные токи могут быть беспорядочным образом расположены друг относительно друга. Тогда их поля взаимно погашаются, и тело не проявляет магнитных свойств.
Но если элементарные токи расположены согласованно,то их поля,складываясь,усиливают друг друга. Тело становится магнитом (рис. 7; магнитое поле будет направлено на нас; также на нас будет направлен и северный полюс магнита).
Рис. 7. Элементарные токи магнита
Гипотеза Ампера об элементарных токах прояснила свойства магнитов.Нагревание и тряска магнита разрушают порядок расположения его элементарных токов, и магнитные свойства ослабевают. Неразделимость полюсов магнита стала очевидной: в месте разреза магнита мы получаем те же элементарные токи на торцах. Способность тела намагничиваться в магнитном поле объясняется согласованным выстраиванием элементарных токов, «поворачивающихся» должным образом (о повороте кругового тока в магнитном поле читайте в следующем листке).
Гипотеза Ампера оказалась справедливой — это показало дальнейшее развитие физики. Представления об элементарных токах стали неотъемлемой частью теории атома, разработанной уже в ХХ веке — почти через сто лет после гениальной догадки Ампера.
Магнитное поле. Магнитные линии. Однородное и неоднородное магнитное поле :: Класс!ная физика
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное поле, что это? — особый вид материи;
Где существует? — вокруг движущихся электрических зарядов (в том числе вокруг проводника с током)
Как обнаружить? — с помощью магнитной стрелки (или железных опилок) или по его действию на проводник с током.
Опыт Эрстеда:
Магнитная стрелка поворачивается, если по проводнику начинает протекать эл. ток, т.к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле.
Взаимодействие двух проводников с током:
Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.
Вспомни прошлый учебный год:
магнитное поле
МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ
(или иначе линии магнитной индукции)
Как изобразить магнитное поле? — с помощью магнитных линий;
Магнитные линии, что это?
Вспомни прошлый учебный год:
магнитное поле прямого проводника с током;
магнитные линии.
НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Характеристика неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены;густота магнитных линий различна;сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, различна в разных точках этого поля по величине и направлению.
Где существует неоднородное магнитное поле ?
— вокруг прямого проводника с током;
Устали? — Отдыхаем!
Магнитное поле прямого проводника с током. Все о магнитах :: Класс!ная физика
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
Если есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг
этого проводника можно с помощью железных опилок …
… или магнитных стрелок.
Под действием магнитного поля тока магнитные стрелки или железные опилки
располагаются по концентрическим окружностям.
Магнитные линии.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий.
Магнитные линии магнитного поля тока – это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.
Магнитные линии магнитного поля тока – это замкнутые кривые, охватывающие проводник.
У прямого проводника с током — это концентрические расширяющиеся окружности .
За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля.
Графическое изображение магнитного поля прямого проводника с током.
Направление магнитных линий магнитного поля тока
связано с направлением тока в проводнике:
ЧИТАЕМ !
Магнитный вечный двигатель.
Магнитные фокусы.
Тайны магнита.
УДИВИСЬ !
Интересно видеть, как железные опилки, притянувшись к полюсу магнита образуют кисти, отталкивающиеся друг от друга. А ведь они всего-навсего располагаются вдоль силовых линий магнитного поля!
___
А можете ли вы нарисовать картину магнитные линии магнитного поля проводника с током, свернутого в виде восьмерки?
Этот рисунок похож на тот, что представил себе ты?
МОЖНО ЛИ УВИДЕТЬ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ?
Надо включить цветной телевизор на какой- нибудь неподвижный кадр и поднести к нему магнит.
Цвета изображения на экране вблизи магнита изменятся!
Картинка будет сиять радужными разводами. Цветные полосы сгущаются вблизи контура магнита
как бы визуализируя магнитное поле. Интересно при этом вращать магнит, сдвигать его
или приближать и удалять от экрана.
Картина магнитного поля будет куда интересней, чем в опытах с опилками!
ПОЧЕМУ ?
К небольшому латунному диску свободно подвесили несколько стальных иголок.
Если снизу к иголкам медленно подносить магнит (например, южным полюсом),
то сначала иголки разойдутся, а затем, когда магнит приблизится совсем вплотную,
снова вернутся в вертикальное положение.
Почему?
Устали? — Отдыхаем!
Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.
Обнаружить магнитное поле вокруг металлического проводника с током можно несколькими способами. Например, использовать мелкие железные опилки.
На плоскость, перпендикулярно которой расположен проводник, нужно насыпать железные опилки. Железо может намагничиваться, попадая в магнитное поле, и поэтому опилки станут маленькими магнитными стрелками. Магнитное поле развернет эти стрелки и выстроит в линии, по которым направлено действие магнитных сил.
Электрическое поле мы изображаем векторами электрической напряжённости. Для изображения магнитного поля используют линии магнитного поля.
За положительное направление линий магнитного поля принято направление, вдоль которого ориентируется магнитная стрелка — от южного полюса к северному.
Магнитные линии замкнуты вокруг проводника, непрерывны и не пересекаются между собой. Через любую точку около проводника с током можно провести магнитную линию.
Направление линий магнитного поля совпадает с направлением северного конца магнитной стрелки компаса.
Железные опилки намагничиваются в поле проводника с током и действуют как стрелки компаса, указывая направление линий магнитной индукции (рис. 1).
Рис. 1
Для иллюстрации линий магнитного поля вокруг прямого проводника с током проводник продевают в отверстие подложки, на которую насыпаны железные опилки. При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Опилки выстраиваются в замкнутые линии, образующие концентрические окружности с центром в проводнике с током. Эти линии будут сгущаться ближе к проводнику (рис. 2).
Рис. 2
На рисунке показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком. Магнитные стрелки располагаются вокруг проводника с током определенным образом (рис. 3, а). Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то все магнитные стрелки повернуться на \(180\)° (рис. 3, б).
В этом случае направление тока условно обозначено кружком с точкой (это означает, что ток идет к нам).
Рис. 3
Изменение направления магнитных стрелок связано с изменением направления тока в проводнике, а значит, и с изменением направления магнитных линий магнитного поля.
Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки:
если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током (рис. 4), то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.
Рис. 4
Магнитное поле — определение, виды
Магнитное поле
Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.
Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.
У нее есть несколько условий для существования:
- магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
- порождается только движущимся электрическим зарядом;
- обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
- магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
Магнитное поле создается только движущимся электрическим зарядом? А как же магниты? Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны могут вращаться по разным орбитам. На каждой орбите может находиться по два электрона, которые вращаются в разных направлениях. Но у некоторых веществ не все электроны парные, и несколько электронов крутятся в одном и том же направлении, такие вещества называются ферромагнетиками. А поскольку электрон — заряженная частица, вращающиеся вокруг атома в одну и ту же сторону электроны создают магнитное поле. Получается миниатюрный электромагнит. Если атомы вещества расположены в произвольном порядке, поля этих крошечных магнитиков компенсируют друг друга. Но если эти магнитные поля направить в одну и ту же сторону, то они сложатся — и получится магнит. |
У любого магнита есть два полюса — северный и южный.
Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:
Как запомнить, что выходят магнитные линии из северного полюса, а приходят в южный? Все просто — на севере жить никто не хочет. Многие люди переезжают туда, где теплее, зимуют в теплых краях, в общем — стремятся на юг. Магнитные линии тоже. |
Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).
Наша планета — это один большой магнит. У нее тоже есть северный и южный полюса. Но есть один нюанс — географические полюса отличаются от физических. Да-да, на северном полюсе, который наверху карты, находится южный физический полюс. Ну и наоборот, на южном географическом — северный физический. Не паникуйте, компас показывает вам географический полюс. Да, компас — это магнитная стрелка, и должен по идее показывать физический полюс, но стрелка окрашена так, чтобы направившись на северный физический полюс, показать южный географический. Чтобы люди не путались. |
Опыт Эрстеда
Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эрстед опытным путём связал электричество и магнетизм с помощью эксперимента с отклонением стрелки компаса.
Это явление использовали, когда создавали первые амперметры, так как отклонение стрелки пропорционально величине тока. Оно лежит в основе любого электромагнита.
А вот и видео эксперимента:
Источник: YouTube-канал «ШКОЛА ОНЛАЙН»
Презентация по физике «Магнитное поле, магнитные линии»
Презентация на тему: Магнитное поле, магнитные линииСкачать эту презентацию
Скачать эту презентацию
№ слайда 1 Описание слайда:Муниципальное общеобразовательное учреждение «Тарко-Салинская средняя общеобразовательная школа №2» Физика 9 класс Тема урока: «Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводнике». 900igr.net
№ слайда 2 Описание слайда:Цели урока. Образовательные. Установить связь между направлением магнитных линий магнитного поля тока и направлением тока в проводнике. Ввести понятие неоднородного и однородного магнитных полей. На практике получить картину силовых линий магнитного поля постоянного магнита, соленоида, проводника по которому течет электрический ток. Систематизировать знания по основным вопросам темы «Электромагнитное поле», продолжить учить решать качественные и экспериментальные задачи. Развивающие. Активизировать познавательную деятельность обучающихся на уроках физики. Развивать познавательную активность учащихся. Воспитательные. Содействовать формированию идеи познаваемости мира. Воспитывать трудолюбие, взаимопонимание между учениками и учителем.
№ слайда 3 Описание слайда:Ход урока Организационный этап . Этап актуализации знаний и действий. Мотивационный этап. Получение научного факта о связи между направлением линий магнитного поля тока с направлением тока в проводнике и в соленоиде. Применение правила буравчика для определения направления линий магнитного поля по направлению тока. Применение правила правой руки для определения направления линий магнитного поля по направлению тока в соленоиде. Решение практических задач. Подведение итогов. Домашнее задание.
№ слайда 4 Описание слайда:Слово «магнит» произошло от названия города Магнессии (теперь это город Маниса в Турции). «камень Геркулеса». «любящий камень», «мудрое железо», и «царственный камень»
№ слайда 5 Описание слайда:Слово МАГНИТ (от греческого. magnetis eitos) Минерал, состоящий из: FeO(31%) и Fe2O3 (69%).
№ слайда 6 Описание слайда:Разнообразные искусственные магниты Редкоземельные магниты – спеченные и магнитопласты
№ слайда 7 Описание слайда:Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна.
№ слайда 8 Описание слайда:Земной шар – большой магнит.
№ слайда 9 Описание слайда: № слайда 10 Описание слайда:Опыт Эрстеда 1820 г. О чем говорит отклонение магнитной стрелки при замыкании электрической цепи? Вокруг проводника с током существует магнитное поле. На него – то и реагирует магнитная стрелка. Источником магнитного поля являются движущиеся электрические заряды или токи.
№ слайда 11 Описание слайда:Опыт по обнаружению магнитного поля тока Расположим вблизи проводника магнитную стрелочку. Ответим на вопрос: Как взаимодействуют проводник с током и магнитная стрелка?
№ слайда 12 Описание слайда:Опыт по обнаружению магнитного поля тока При замыкании цепи…
№ слайда 13 Описание слайда:Опыт по обнаружению магнитного поля тока При размыкании цепи… Проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом
№ слайда 14 Описание слайда: № слайда 15 Описание слайда:Источником магнитного поля являются: а) движущиеся электрические заряды; б) полосовой магнит, дугообразный магнит.
№ слайда 16 Описание слайда:Графическое изображение магнитного поля тока Линии вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называются линиями магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.
№ слайда 17 Описание слайда:Источником магнитного поля являются: а) движущиеся электрические заряды; б) полосовой магнит, дугообразный магнит.
№ слайда 18 Описание слайда:Расположение металлических опилок вокруг прямолинейного проводника с током.
№ слайда 19 Описание слайда:Как можно обнаружить МП? а) с помощью железных опилок. Попадая в МП, железные опилки намагничиваются и располагаются вдоль магнитных линий.. б) по действию на проводник с током. Попадая в МП, проводник с током начинает двигаться, т.к. со стороны МП на него действует сила .
№ слайда 20 Описание слайда: № слайда 21 Описание слайда:Сделаем выводы. Вокруг проводника с током (т.е. вокруг движущихся зарядов) существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя её. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Вокруг неподвижных зарядов существует … поле. Вокруг подвижных зарядов … .
№ слайда 22 Описание слайда:Все магниты имеют два вида полюсов. Эти полюса называются южным (S) и северным (N).
№ слайда 23 Описание слайда:Силовые линии магнитного поля
№ слайда 24 Описание слайда:Силовые линии магнитного поля полосового магнита
№ слайда 25 Описание слайда:Графическое изображение магнитного поля тока Линии вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называются линиями магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.
№ слайда 26 Описание слайда: № слайда 27 Описание слайда:Магнитные линии являются замкнутыми. Магнитные линии прямого проводника с током. I За направление магнитной линии условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенный в эту точку.
№ слайда 28 Описание слайда:Магнитное поле катушки и постоянного магнита Катушка с током, как и магнитная стрелка имеет 2 полюса – северный и южный. Магнитное действие катушки тем сильнее, чем больше витков в ней. При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается.
№ слайда 29 Описание слайда:Магнитные линии прямолинейного проводника с током.
№ слайда 30 Описание слайда:Магнитные линии соленоида.
№ слайда 31 Описание слайда:Для наглядного представления магнитного поля используют магнитные линии. Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле
№ слайда 32 Описание слайда:Свойства магнитных линий. Если магнитные линии искривлены и расположены с неодинаковой густотой, то МП – является неоднородным.
№ слайда 33 Описание слайда:Свойства магнитных линий. 1.Если магнитные линии параллельны и расположены с одинаковой густотой, то МП – является однородным.
№ слайда 34 Описание слайда:Магнитное поле Неоднородное. Однородное. Магнитные линии искривлены их густота меняется от точки к точке. Магнитные линии параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой ( например, внутри постоянного магнита).
№ слайда 35 Описание слайда:Что нужно знать о магнитных линиях? 1.Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому МП называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов. 2.Чем гуще расположены магнитные линии, тем МП сильнее. 3.Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое МП называют однородным. 4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках МП, разная. Такое МП называют неоднородным.
№ слайда 36 Описание слайда: № слайда 37 Описание слайда:Определение направления магнитной линии Способы определения направления магнитной линии При помощи магнитной стрелки По правилу буравчика По правилу правой руки
№ слайда 38 Описание слайда:Направление магнитных линий Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока и определяется с помощью правила правого винта или правила буравчика
№ слайда 39 Описание слайда: № слайда 40 Описание слайда: № слайда 41 Описание слайда:Какие утверждения являются верными? А.В природе существуют электрические заряды. Б.В природе существуют магнитные заряды. В.В природе не существует электрических зарядов. Г.В природе не существует магнитных зарядов. а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.
№ слайда 42 Описание слайда:Закончить фразу: «Вокруг проводника с током существует… а) магнитное поле; б) электрическое поле; в) электрическое и магнитное поле.
№ слайда 43 Описание слайда:Что нужно знать о магнитных линиях? 1.Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому МП называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов. 2.Чем гуще расположены магнитные линии, тем МП сильнее. 3.Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое МП называют однородным. 4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках МП, разная. Такое МП называют неоднородным.
№ слайда 44 Описание слайда:На что указывает северный полюс магнитной стрелки? Какими бывают магнитные линии? Магнитные линии прямого проводника с током. I За направление магнитной линии условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенный в эту точку.
№ слайда 45 Описание слайда:Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки. a. Южным b. Северным c. Не связано с магнитной стрелкой
№ слайда 46 Описание слайда:На рисунке показана картина магнитных линий прямого тока. В какой точке магнитное поле самое сильное? а) б) в)
№ слайда 47 Описание слайда:Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.
№ слайда 48 Описание слайда: № слайда 49 Описание слайда:Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка? а) б) в) г) д)
№ слайда 50 Описание слайда:Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка? а) б) в) г) д)
№ слайда 51 Описание слайда:Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного вертикально.
№ слайда 52 Описание слайда:Магнитные линии соленоида.
№ слайда 53 Описание слайда:Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг соленоида?
№ слайда 54 Описание слайда:Какие утверждения являются верными? А.В природе существуют электрические заряды. Б.В природе существуют магнитные заряды. В.В природе не существует электрических зарядов. Г.В природе не существует магнитных зарядов. а) А и Б, б) А и В, в) А и Г, г) Б, В и Г.
№ слайда 55 Описание слайда:Направление магнитных линий.
№ слайда 56 Описание слайда:Картины магнитных полей.
№ слайда 57 Описание слайда:Определение направления магнитной линии. Способы определения направления магнитной линии. При помощи магнитной стрелки. По правилу буравчика. По правилу правой руки.
№ слайда 58 Описание слайда:Закончить фразу: «Вокруг проводника с током существует… а) магнитное поле; б) электрическое поле; в) электрическое и магнитное поле.
№ слайда 59 Описание слайда:Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки. a. Южным b. Северным c. Не связано с магнитной стрелкой
№ слайда 60 Описание слайда:На рисунке показана картина магнитных линий прямого тока. В какой точке магнитное поле самое сильное? а) б) в)
№ слайда 61 Описание слайда:Графическое изображение магнитного поля тока.
№ слайда 62 Описание слайда: № слайда 63 Описание слайда: № слайда 64 Описание слайда:Направление магнитных линий.
№ слайда 65 Описание слайда:Магнитное поле. Неоднородное Однородное Магнитные линии искривлены их густота меняется от точки к точке. Магнитные линии параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой ( например, внутри постоянного магнита).
№ слайда 66 Описание слайда:Картины магнитных полей.
№ слайда 67 Описание слайда:Домашнее задание: §§43-45. Упражнение 33,34,35.
№ слайда 68 Описание слайда:Влияние магнитных полей на организм человека и животных. Все живые организмы, в том числе и человек, рождаются и развиваются в естественных условиях планеты Земля, которая создает вокруг себя постоянное магнитное поле — магнитосферу. Это поле играет очень существенную роль для всех биохимических процессов в организме. Основа лечебного эффекта магнитного поля — улучшение кровообращения и состояния кровеносных сосудов.
№ слайда 69 Описание слайда:Долго искали магнитный компас у почтового голубя, однако мозги птицы никак не реагировали на магнитные поля. Наконец компас обнаружили в… брюшной полости! Навигационные способности мигрирующих животных всегда поражали людей. Ведь какой-то компас приводит их к месту, расположенному за тысячи километров от места рожденья.
№ слайда 70 Описание слайда:Сенсационного результата первыми добились калифорнийские ученые, биологи в содружестве с физиками. Гелиобиологу Джозею Кришвингу с помощниками удалось обнаружить кристаллы магнитного железнякав мозгах человека. Кришвинг долго изучал в магнитных полях образцы тканей, полученных при посмертных вскрытиях, и пришел к выводу, что количества магнетика в мозговых оболочках как раз ровно столько, сколько необходимо для работы простейшего биологического компаса.
№ слайда 71 Описание слайда:Каждый из нас носит в голове самый настоящий компас, точнее, сразу несколько компасов с микроскопически малыми «стрелками». Однако умение пользоваться скрытым чувством, как мы видим, есть далеко не у каждого. Можно с полной ответственностью заявить, что человеку не следует терять самообладания в любой сложной ситуации. Для заблудившегося в пустыне, в океане, в горах или в лесу (что более актуально для нас) всегда имеется шанс найти верную дорогу к спасению.
Магнитное поле — все статьи и новости
Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических. С тех пор как Джеймс Клерк Максвелл связал в своих знаменитых пяти уравнениях электродинамики электричество и магнетизм, объединение всех пяти сил стало для физиков одной из главных задач. В так называемой Стандартной модели им удалось объединить слабое взаимодействие с электромагнитным. С Великим объединением, включающим в силовой союз и сильное взаимодействие, пока не получается, но уже в наличии прогресс в виде множества моделей. Вопрос за малым: каким-то образом, объединить все это еще и с гравитацией.
Похоже, что магнитное поле — непременное условие для существования жизни. Оно представляет собой единственную защиту от убивающей радиации Солнца. По одной из гипотез истории Марса, у него в далекой древности были моря и воздух, но потом что-то сильно его ударило и лишило магнитного поля. Атмосферу снесло солнечным ветром, океан, тогда существовавший, усох, и сегодня он непригоден для жизни.
О магнитах и их силе люди, наверное, знали, чуть ли не с момента появления у них разума. Самый первый компас — сынань — был изобретен в Китае еще в третьем веке до н.э. Однако «по-настоящему» магнитное поле люди начали изучать лишь в Средние века. В 1269 году французский ученый Петр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» — по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя Уильям Гилберт Колчестер, заложивший основы магнетизма как науки, впервые определенно заявил, что сама Земля является магнитом. В XVIII-XIX веках ученые доказали, что у магнита обязательно должно быть два полюса, а также то, что электрический ток может порождать магнитное поле и наоборот. Ампер, Фарадей, Кельвин и Максвелл завершили классическое описание электромагнитного поля.
Изображение: NASA
Магнитные поля и линии магнитного поля
Цель обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Определение магнитного поля и описание силовых линий различных магнитных полей.
Говорят, что Эйнштейн был очарован компасом в детстве, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности.Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое представление линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на Фиг.1, направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -field .
Рис. 1. Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте. (a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля.Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.
Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, его не побеспокоят. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого пробного заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не тестирующий их зонд.) На рисунке 2 показано, как магнитное поле появляется для токовой петли и длинный прямой провод, который можно исследовать с помощью небольшого компаса.Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.
Рис. 2. Маленькие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге.Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, кончика стрелки).
Установление соединений: концепция поляПоле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи. Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.
Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:
- Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
- Сила поля пропорциональна близости линий.Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
- Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
- Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.
Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются положительными и отрицательными зарядами.Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.
Сводка раздела
- Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
- Поле касается линии магнитного поля.
- Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
- Линии поля не могут пересекаться.
- Полевые линии представляют собой непрерывные петли.
Концептуальные вопросы
- Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться.(Учитывайте направление поля в такой точке.)
- Перечислите сходства силовых линий магнитного и электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства. Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.
- Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
- Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где оно больше всего?
Глоссарий
- Магнитное поле:
- представление магнитных сил
- B — поле:
- другой термин для обозначения магнитного поля
- силовые линии магнитного поля:
- графическое изображение силы и направления магнитного поля
- направление силовых линий магнитного поля:
- направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса
11.3: Магнитные поля и линии
Мы обрисовали в общих чертах свойства магнитов, описали их поведение и перечислили некоторые области применения магнитных свойств. Несмотря на то, что не существует таких вещей, как изолированные магнитные заряды, мы все же можем определить притяжение и отталкивание магнитов как основанное на поле. В этом разделе мы определяем магнитное поле, определяем его направление на основе правила правой руки и обсуждаем, как рисовать силовые линии магнитного поля.
Определение магнитного поля
Магнитное поле определяется силой, которую испытывает заряженная частица, движущаяся в этом поле, после того, как мы учтем гравитационные и любые дополнительные электрические силы, возможные на заряд.Величина этой силы пропорциональна величине заряда q , скорости заряженной частицы v и величине приложенного магнитного поля. Направление этой силы перпендикулярно как направлению движущейся заряженной частицы, так и направлению приложенного магнитного поля. Основываясь на этих наблюдениях, мы определяем напряженность магнитного поля B на основе магнитной силы \ (\ vec {F} \) на заряде q , движущемся со скоростью, как перекрестное произведение скорости и магнитного поля, то есть
\ [\ vec {F} = q \ vec {v} \ times \ vec {B}.\ label {eq1} \]
Фактически, именно так мы определяем магнитное поле \ (\ vec {B} \) — в терминах силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Величина силы определяется из определения перекрестного произведения, поскольку оно относится к величине каждого из векторов. Другими словами, величина силы удовлетворяет
\ [F = qv \, B \ sin \, \ theta \ label {eq2} \]
, где θ — угол между скоростью и магнитным полем.{-5} \, T \) или \ (0.5 \, G \).
Стратегия решения проблем: направление магнитного поля по правилу правой руки
Направление магнитной силы \ (\ vec {F} \) перпендикулярно плоскости, образованной \ (\ vec {v} \) и \ (\ vec {B} \), как определено правой частью . rule-1 (или RHR-1), которое показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).
- Сориентируйте правую руку так, чтобы пальцы сгибались в плоскости, определяемой векторами скорости и магнитного поля.
- Правой рукой проведите пальцами от скорости к магнитному полю под наименьшим возможным углом.
- Магнитная сила направлена туда, куда указывает ваш большой палец.
- Если заряд был отрицательным, измените направление на противоположное. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Магнитные поля действуют на движущиеся заряды. Направление магнитной силы на движущийся заряд перпендикулярно плоскости, образованной b \ (\ vec {v} \) и \ (\ vec {B} \), и следует правилу правой руки-1 (RHR-1 ) как показано.Величина силы пропорциональна \ (q, \, v, \, B, \) и синусу угла между \ (\ vec {v} \) и \ (\ vec {B} \).
Примечание
Посетите этот веб-сайт для дополнительной практики с направлением магнитных полей.
На статические заряды не действует магнитная сила. Однако на заряды, движущиеся под углом к магнитному полю, действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не влияют на магниты. Однако, когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые действуют на другие магниты.4 м / с \)?
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Магнитные силы на альфа-частицу, движущуюся в однородном магнитном поле. Поле на каждом рисунке одинаковое, но скорость разная.Стратегия
Нам дан заряд, его скорость, сила и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение \ (\ vec {F} = q \ vec {v} \ times \ vec {B} \) или \ (F = qv \, B sin \, \ theta \) для вычисления силы. Направление силы определяется RHR-1.
Решение
- Во-первых, чтобы определить направление, начните с того, что пальцы будут указывать в положительном направлении x .{-14} N \, \ hat {j} \]
- Во-первых, чтобы определить направленность, начните с того, что пальцы будут указывать в отрицательном направлении y . Проведите пальцами вверх в направлении магнитного поля, как в предыдущей задаче. Ваш большой палец должен быть открыт в отрицательном направлении x . Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем заданные заряд, скорость и магнитное поле, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения для вычисления: \ [\ vec {F} = q \ vec {v} \ times \ vec { B} = (3.{-14} Н. \]
- Поскольку скорость и магнитное поле параллельны друг другу, нет никакой ориентации вашей руки, которая приведет к направлению силы. Следовательно, сила, действующая на этот движущийся заряд, равна нулю. Это подтверждается перекрестным произведением. Когда вы пересекаете два вектора, указывающих в одном направлении, результат равен нулю.
- Во-первых, чтобы определить направление, ваши пальцы могут указывать в любом направлении; однако вы должны поднять пальцы вверх в направлении магнитного поля.o. \] Величину силы также можно рассчитать с помощью уравнения \ ref {eq2}. Однако скорость в этом вопросе состоит из трех компонентов. Компонентой скорости z можно пренебречь, потому что она параллельна магнитному полю и, следовательно, не создает силы. Величина скорости вычисляется из компонентов x и y . Угол между скоростью в плоскости xy и магнитным полем в плоскости z составляет 90 градусов.{-14} N \]
Значение
Перекрестное произведение в этой формуле дает третий вектор, который должен быть перпендикулярен двум другим. Другие физические величины, такие как угловой момент, также имеют три вектора, которые связаны перекрестным произведением. Обратите внимание, что типичные значения силы в задачах магнитной силы намного больше, чем сила тяжести. Следовательно, для изолированного заряда магнитная сила является доминирующей силой, управляющей движением заряда.{-15} N \)
Представление магнитных полей
Представление магнитных полей линиями магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), каждая из этих линий образует замкнутый цикл, даже если это не показано ограничениями пространства, доступного для рисунка. Силовые линии выходят из северного полюса (N), огибают южный полюс (S) и проходят через стержневой магнит обратно к северному полюсу.
У линий магнитного поля есть несколько жестких правил:
- Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
- Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
- Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
- Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они направлены от северного полюса к южному полюсу.
Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые обычно начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами или на бесконечности. Если бы изолированные магнитные заряды (называемые магнитными монополями ) существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.
Рис. \ (\ PageIndex {3} \): Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, в котором указывает маленький компас при размещении в определенном месте в поле. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры. Чтобы уместиться в разумном пространстве, некоторые из этих рисунков могут не показывать замыкание петель; однако, если бы было предоставлено достаточно места, петли были бы закрыты.линий магнитного поля — определение, свойства, как рисовать
Последнее обновление: 30 апреля 2020 г., Teachoo
Что такое магнитное поле?
Это область вокруг магнита, где мы можем обнаружить магнитную силу магнита.
Пример
Если кусок железа держать подальше от магнита, магнит не сможет его притягивать.
Но если мы будем подносить железо все ближе и ближе, наступит момент, когда магнит сможет притягивать железо.
Магнитное поле — это область, в которой магниты проявляют свои свойства.
Что такое линии магнитного поля?
Линии магнитного поля — это воображаемые линии, по которым двигался бы Северный магнитный полюс.
В стержневом магните силовые линии магнитного поля выглядят как
Эти линии показывают направление магнитной силы и ее силу.
Это изогнутые линии, которые начинаются от Северного полюса Магнита и движутся к Южному полюсу.
Действия для просмотра линий магнитного поля
Давайте посмотрим, как мы можем визуально увидеть линии магнитного поля.
Проведем эксперимент
- Возьмите стержневой магнит и сотни железных опилок
- Положите стержневой магнит на стол и разложите железные опилки возле магнита,
- Железные опилки могут выстраиваться по разным изогнутым линиям.
- Эти изогнутые линии называются линиями магнитного поля.
Посмотрите видео ниже
Важные свойства магнитного поля и магнитных силовых линий
Магнитное поле — это величина, которая имеет как величину, так и направление.
Магнитное поле имеет величину
Некоторые магниты обладают большей силой, чем другие.
Эта магнитная сила проявляется в степени близости силовых линий друг к другу.
Чем теснее силовые линии, тем сильнее магнит
Силовые линии магнитных полей расположены ближе друг к другу на полюсах, но далеко друг от друга в других местах.
Следовательно, магнитное поле наиболее сильное на полюсах.
Магнитное поле имеет направление
Линии магнитного поля похожи на замкнутые кривые
Они выходят из Северного полюса и сливаются с Южным полюсом.
Внутри магнита силовые линии противоположны (от Южного полюса до Северного полюса).
Линии поля не пересекаются друг с другом
Все полевые линии следуют своим отдельным путем, чтобы достичь от Северного полюса до Южного полюса.
Одна линия поля не пересекается и не сливается с другой линией поля
Нет точки пересечения 2-х линий поля
Если бы была точка пересечения, стрелка компаса указывала бы в 2 направления.
Это означает, что магнитное поле имеет два разных направления, что невозможно.
Для получения более подробной информации, пожалуйста, проверьте Почему линии магнитного поля не пересекаются
Как нарисовать магнитное поле с помощью магнитного компаса и стержневого магнита
Мы следуем этим шагам
- Возьмем компас и стержневой магнит
- Но компас возле северного полюса магнита
- Отметьте точку, в которой указывает стрелка компаса, отметьте точку как точку B
- Теперь поместите другой конец компаса рядом с точкой B.
- Отметьте точку, куда указывает стрелка компаса, как точка C
- Точно так же продолжайте строить, пока не достигнете Южного полюса.
- Теперь присоединяйтесь к пунктам
Образованная линия является линией магнитного поля.
22.3 Магнитные поля и линии магнитного поля — Физика колледжа, главы 1-17
Магнитные поля и линии магнитного поля
- Определение магнитного поля и описание силовых линий различных магнитных полей.
Говорят, что Эйнштейн был очарован компасом в детстве, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности.Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано в [ссылка], направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют полем B, .
Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, на которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте.(a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, его не побеспокоят. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого пробного заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не тестирующий их зонд.) [Ссылка] показывает, как магнитное поле появляется для токовой петли. и длинный прямой провод, который можно исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B .Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.
Для отображения полей, показанных здесь, можно использовать небольшие компасы. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, кончика стрелки).Установление соединений: концепция поля
Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи. Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.
Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе).Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:
- Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
- Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
- Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
- Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.
Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются положительными и отрицательными зарядами. Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.
- Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
- Поле касается линии магнитного поля.
- Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
- Линии поля не могут пересекаться.
- Полевые линии представляют собой непрерывные петли.
Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)
Перечислите сходства силовых линий магнитного поля и силовых линий электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства.Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.
Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где оно больше всего?
Глоссарий
- магнитное поле
- представление магнитных сил
- B — поле
- другой термин для обозначения магнитного поля
- силовые линии магнитного поля
- графическое изображение силы и направления магнитного поля
- направление силовых линий магнитного поля
- направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса
Наука о линиях магнитного поля
Магнитное поле окружает любой движущийся электрический заряд.Магнитное поле непрерывно и невидимо, но его сила и ориентация могут быть представлены линиями магнитного поля. В идеале силовые линии магнитного поля или силовые линии магнитного потока показывают силу и ориентацию магнитного поля. Представление полезно, потому что оно дает людям способ увидеть невидимую силу и потому, что математические законы физики легко учитывают «количество» или плотность силовых линий.
- Силовые линии магнитного поля — это визуальное представление невидимых силовых линий в магнитном поле.
- По соглашению, линии показывают силу от северного до южного полюса магнита.
- Расстояние между линиями указывает относительную силу магнитного поля. Чем ближе линии, тем сильнее магнитное поле.
- Железные опилки и компас можно использовать для отслеживания формы, силы и направления силовых линий магнитного поля.
Магнитное поле — это вектор, а это значит, что у него есть величина и направление. Если электрический ток течет по прямой линии, правило правой руки показывает направление, в котором линии невидимого магнитного поля обтекают провод.Если вы вообразите, что сжимаете провод правой рукой, а большой палец указывает в направлении тока, магнитное поле распространяется в направлении пальцев вокруг провода. Но что, если вы не знаете направление тока или просто хотите визуализировать магнитное поле?
Как увидеть магнитное поле
Подобно воздуху, магнитное поле невидимо. Вы можете наблюдать за ветром косвенно, подбрасывая в воздух небольшие кусочки бумаги. Точно так же размещение кусочков магнитного материала в магнитном поле позволяет проследить его путь.Простые методы включают:
Используйте компас
Группа компасов может показывать направления силовых линий магнитного поля. Мацей Фролов / Getty ImagesРазмахивая компасом вокруг магнитного поля, можно увидеть направление силовых линий. Чтобы нанести на карту магнитное поле, поместите несколько компасов, чтобы указать направление магнитного поля в любой точке. Чтобы нарисовать силовые линии магнитного поля, соедините «точки» компаса. Преимущество этого метода в том, что он показывает направление силовых линий магнитного поля.Недостаток в том, что на нем не указывается напряженность магнитного поля.
Используйте железную опилку или магнетитовый песок
Железо ферромагнитно. Это означает, что он выравнивается вдоль силовых линий магнитного поля, образуя крошечные магниты с северным и южным полюсами. Крошечные кусочки железа, такие как железные опилки, выравниваются, образуя подробную карту линий поля, потому что северный полюс одной части ориентируется так, чтобы отталкивать северный полюс другой части и притягивать ее южный полюс. Но вы не можете просто насыпать опилки на магнит, потому что они притягиваются к нему и будут прилипать к нему, а не отслеживать магнитное поле.
Чтобы решить эту проблему, железные опилки насыпают на бумагу или пластик в магнитном поле. Один из методов, используемых для рассыпания опилок, — это посыпать их на поверхность с высоты нескольких дюймов. Можно добавить больше опилок, чтобы сделать линии полей более четкими, но только до определенного предела.
Альтернативы железной опилке включают стальные гранулы BB, луженую железную опилку (которая не ржавеет), небольшие канцелярские скрепки, скобы или магнетитовый песок. Преимущество использования частиц железа, стали или магнетита заключается в том, что частицы образуют подробную карту силовых линий магнитного поля.Карта также дает приблизительное представление о напряженности магнитного поля. Плотные линии, расположенные близко друг к другу, появляются там, где поле наиболее сильное, а разреженные линии, расположенные на большом расстоянии, показывают, где поле слабее. Недостатком использования железных опилок является отсутствие указателя ориентации магнитного поля. Самый простой способ преодолеть это — использовать компас вместе с железными опилками для определения ориентации и направления.
Попробуйте магнитную пленку для просмотра
Магнитная пленка для просмотра представляет собой гибкий пластик, содержащий пузырьки жидкости, пронизанные крошечными магнитными стержнями.Пленки выглядят темнее или светлее в зависимости от ориентации стержней в магнитном поле. Магнитная пленка лучше всего подходит для отображения сложной магнитной геометрии, например, создаваемой плоским магнитом холодильника.
Линии естественного магнитного поля
Линии полярного сияния повторяют линии магнитного поля Земли. Оскар Бьярнасон / Getty ImagesСиловые линии магнитного поля также появляются в природе. Во время полного солнечного затмения линии короны отражают магнитное поле Солнца.Вернувшись на Землю, линии полярного сияния указывают путь магнитного поля планеты. В обоих случаях видимые линии представляют собой светящиеся потоки заряженных частиц.
Правила линий магнитного поля
Используя силовые линии магнитного поля для построения карты, становятся очевидными некоторые правила:
- Силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются.
- Силовые линии магнитного поля непрерывны. Они образуют замкнутые петли, которые проходят через магнитный материал.
- Силовые линии магнитного поля сгруппированы в местах наибольшего магнитного поля.Другими словами, плотность силовых линий указывает на напряженность магнитного поля. Если нанести на карту силовые линии вокруг магнита, его самое сильное магнитное поле будет на любом из полюсов.
- Если магнитное поле не отображается с помощью компаса, направление магнитного поля может быть неизвестным. Обычно направление указывается стрелками вдоль линий магнитного поля. В любом магнитном поле линии всегда текут от северного полюса к южному. Названия «север» и «юг» являются историческими и могут не иметь никакого отношения к географической ориентации магнитного поля
Источник
- Дерни, Карл Х.и Кертис К. Джонсон (1969). Введение в современную электромагнетизм . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-018388-9.
- Гриффитс, Дэвид Дж. (2017). Введение в электродинамику (4-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781108357142.
- Ньютон, Генри Блэк и Харви Н. Дэвис (1913). Практическая физика . MacMillan Co., США.
- Типлер, Пол (2004). Физика для ученых и инженеров: электричество, магнетизм, свет и элементарная современная физика (5-е изд.). В. Х. Фриман. ISBN 978-0-7167-0810-0.
Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com
магнитная силовая линия силовая линия в магнитном поле
магнитодвижущая сила сила, создающая магнитный поток
магнитное притяжение для железа
великодушный, благородный и щедрый духом
силовая электрическая линия силовая линия в электрическом поле
магнитное железорудное оксид железа, сильно притягиваемый магнитами
магнитно-резонансный резонанс электронов, атомов, молекул или ядер с частотами излучения в результате пространственного квантования в магнитном поле
технология высокоскоростных рельсов с магнитной левитацией
магнитный север направление, в котором указывает стрелка компаса
магнитный монополь гипотетическая частица с одним магнитным полюсом вместо обычных двух
магнитное склонение угол между магнитным севером и истинным севером
силовая линия воображаемая линия в силовом поле
магнитная пузырьковая память — энергонезависимое запоминающее устройство, которое хранит информацию в виде пузырьков на тонкой пленке из магнитного силиката; больше не используется в большинстве компьютеров
магнитный поток: мера силы магнитного поля в заданной области
магнитное наклонение (физика) угол, который магнитная стрелка образует с плоскостью горизонта
магнитная индукция процесс, который делает вещество магнитным
память на магнитных сердечниках память компьютера, состоящая из массива магнитных сердечников
напряженность магнитного поля величина магнитного потока в единице площади, перпендикулярной направлению магнитного потока
магнитный экватор воображаемая линия, параллельная экватору, где магнитная стрелка не имеет падения
регистратор магнитный в составе оборудования для записи на магнитные носители
Определите магнитные силовые линии и укажите их два p класса 10 физики CBSE
Совет: вы можете равномерно распределить железную пыль на листе бумаги.Держите постоянный магнит на бумаге и медленно постукивайте по ней. Вы увидите линии образования железной пыли за пределами магнита. Это магнитные силовые линии.Полный пошаговый ответ:
Определение магнитных силовых линий —
«Магнитные силовые линии — это линии, которые отображают магнитную силу, которая существует в окружающей среде магнита».
Давайте посмотрим на следующую диаграмму, чтобы понять магнитные силовые линии.
Пунктирные линии — магнитные силовые линии вне магнита, а сплошные стрелки — магнитные силовые линии внутри магнита.
Эти линии показывают наличие магнитных полей вне магнита. Сила магнитных линий везде одинакова и пропорциональна близости линий. Мы можем найти напряженность магнитного поля по плотности этих магнитных линий.
Это два важных свойства магнитных силовых линий:
(a) Силовые линии магнитного поля берут начало от северного полюса и заканчиваются на южном полюсе. Однако силовые линии магнитного поля внутри магнита начинаются на южном полюсе и заканчиваются на северном полюсе.Следовательно, силовые линии магнитного поля замыкают петлю.
(б) По мере увеличения расстояния между полюсами плотность магнитных линий уменьшается. Напряженность магнитного поля зависит от плотности силовых линий магнитного поля. Мы можем найти магнитный поток и, в свою очередь, найти напряженность магнитного поля.
