Физика Магнитное поле

Материалы к уроку

Конспект урока

Первые сведения о магнитах были получены более двух с половиной тысяч лет назад. Еще в шестом веке древнекитайскими учеными были обнаружены минералы, которые способны притягивать к себе железо. Первенство открытия компаса так же принадлежит им. Одна из версий происхождения слова  «магнит» состоит в том, что слово произошло от названия региона Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи магнитного железняка. Нам уже известно, что вокруг магнита существует невидимое магнитное поле, которое можно обнаружить только по тому действию, которое оно оказывает.     Например, по отклонению стрелки компаса.
В 1820 году датским ученым Кристианом Эрстедом было обнаружено явление порождения магнитного поля при движении тока в проводнике. С этим опытом мы знакомились в курсе физики 8 класса. Тогда же Ампером было предложена идея, что в веществах за счет движения электронов по орбитам, возникают малые кольцевые токи. В постоянных магнитах,  они все одинаково направлены. Магнитные поля, создаваемые вокруг них, усиливают друг друга, создавая значительное поле внутри и вокруг магнита. Таким образом, под магнитным полем понимают – силовое поле, которое возникает вокруг движущихся заряженных частиц.

Вспомним, какими свойствами обладает магнитное поле тока: 
1.    Оно порождается только движущимися зарядами, например, током.
2.    Магнитное поле невидимо,  но материально. Обнаружить его можно только по тому действию, которое оно оказывает. 
3.    Магнитное поле можно обнаружить по его действию на магнитную стрелку и на другие движущиеся заряженные тела (например, другой проводник с током). Наглядно представить магнитное поле можно с помощью магнитных линий.  Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

 
Проведем опыт. 
Поместим прямой или полосовой, как его иногда называют, постоянный магнит под лист бумаги. Насыпаем на лист железные опилки. Распределим железные опилки на поверхности бумаги равномерно. Мы видим, что железные опилки в магнитном поле будут вести себя как намагниченная стрелка. Они располагаются вдоль линий магнитного поля. У полюсов заметно, что магнитное поле действует не только в плоскости, но и пространстве. Магнитные опилки располагаются в этой области даже перпендикулярно поверхности бумаги. Они, как бы, пытаются подняться вверх, но сила тяжести, действующая на них, не позволяет этого сделать.  Аналогичным образом можно продемонстрировать магнитное поле прямого проводника с током.
Отметим особенности магнитных линий:
1.    Магнитные линии можно провести через любую точку пространства.
2.    Они замкнуты и не пересекаются. Средняя линия идет бесконечно. 
3.    Магнитная линия проводится так, чтобы касательная в каждой точке линии, совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
4.    За направление магнитной линии принято направление северного полюса стрелок компаса, расположенных вдоль этой линии
5.    Более сильное магнитное поле отображается большей концентрацией линий. 
Аналогичное расположение магнитных линий можно наблюдать у соленоида (проволочной катушки с током). А как изобразить линии магнитного поля, если они направлены перпендикулярно к нам, и как, в таком случае, указать их направление? Для этого пользуются правилом стрелы. Предположим, что линии магнитного поля направлены к нам, то мы видим наконечник стрелы, тогда на рисунке линию изобразим в виде точки. Если линии магнитного поля направлены от нас, то мы видим оперение стрелы, тогда на рисунке линию изобразим в виде креста. Различают однородное и неоднородное магнитное поле. В неоднородном поле линии искривлены, густота их меняется. Например, поле вокруг прямолинейного проводника с током. В однородном поле линии параллельны друг другу и густота их одинакова. Например, внутри центральной части полосового магнита. 2Rt$)

Пропуская ток через некоторые растворы кислот, можно увидеть его химическое действие. Оно позволяет получить чистые металлы из таких растворов

С помощью магнитного действия можно сделать магнит из любого железного предмета. Также при помещении рамки, в обмотке которой течет ток, между полюсами магнита, она начинает вращаться.

Дело в том, что магнитное действие проявляется всегда, когда существует электрический ток. 

Например, проводники с током взаимодействуют друг с другом. Каким образом? Говорят, то между ними возникают магнитные силы (рисунок 1). Наглядно они приводят к деформации проводников.

Рисунок 1. Деформация проводников с электрическим током вследствие взаимодействия друг с другом

Так мы перечислили магнитные явления, уже известные вам. Именно об этих явлениях и возникающих при них силах и пойдет речь в данном разделе. Начнем мы с того, что на текущем уроке рассмотрим сам факт существования

магнитного поля.

Магнитная стрелка

Зачастую для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку (рисунок 2).

Рисунок 2. Магнитная стрелка

• Она имеет два полюса: северный (обозначается буквой $N$, окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой $S$, окрашен в красный цвет)
• Также у нее имеется ось — линия, соединяющая полюсы

Такая стрелка является основной частью любого компаса. Его функционирование возможно, так как наша планета обладает собственным магнитным полем.

{"questions":[{"content":"Магнитная стрелка имеет[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["два полюса","одну ось","две оси","центр массы"],"answer":[0,1]}}}]}

В ходе опытов магнитную стрелку обычно помещают на острие (конец иглы или булавки). Так она сможет свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости (рисунок 3).

Рисунок 3. Использование магнитной стрелки

Магнитное действие электрического тока, опыт Эрстеда

В 1820 году ученый Ханс Кристиан Эрстед (рисунок 4) установил, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Рисунок 4. Эрстед Христиан Ганс (1777 — 1851) — датский физик, чьи исследования привели к возникновению новой области физики — электромагнетизма.

Давайте повторим этот известный опыт (рисунок 5) и узнаем, в чем состоит опыт Эрстеда.

Соберем электрическую цепь, состоящую из проводов, источника тока и ключа. Провода расположим таким образом, чтобы параллельно под ними поместить магнитную стрелку на подставке. На рисунке 5 ее изначальное положение показано пунктирной линией.

Замыкаем цепь с помощью ключа. Теперь по проводам течет ток.

Магнитная стрелка отклонится. Она повернется на $90 \degree$ и будет перпендикулярна проводнику.

Рисунок 5. Опыт Эрстеда

• Если разомкнуть цепь, то стрелка вернется в начальное положение
• Если поменять направление тока на противоположное, то стрелка повернется в другую сторону

{"questions":[{"content":"В опыте Эрстеда магнитную стрелку помещают под проводников, по которому течет ток, так, чтобы она была[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["параллельна проводнику","перпендикулярна проводнику","под некоторым произвольным углом к проводнику"],"answer":[0]}}}]}

Этот опыт показал нам, что магнитная стрелка и проводник с током как-то взаимодействуют друг с другом. Это наглядная связь между электрическими и магнитными явлениями.

Следствие опыта — существование магнитного поля

Увиденное нами в ходе проведения опыта взаимодействие ведет к следующему выводу:

Вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле. Именно оно действует на магнитную стрелку.

Дадим определение.

Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг любого проводника с током, то есть вокруг движущихся электрических зарядов.

Получается, что электрический ток и магнитное поле — одно целое, они неотделимы друг от друга.

{"questions":[{"content":"Магнитное поле существует[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["вокруг проводника с током","вокруг любого проводника","Отдельно от электрического тока"],"explanations":["","Магнитное поле существует вокруг ДВИЖУЩИХСЯ электрических зарядов.  Если по проводнику не течет ток, то и магнитного поля не будет. ","Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга."],"answer":[0]}}}]}

Магнитное и электрические поля

Какая же связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Возникает ли магнитное поле вокруг неподвижных электрический зарядов? Нет, в этом случае существует только электрическое поле.

А если заряды начинают двигаться и возникает электрический ток? Тогда возникает не только электрическое, но магнитное поле (рисунок 6).

Рисунок 6. Поля, создаваемые электрическими зарядами

Получается, что электрический ток мы можем рассматривать как источник магнитного поля. На основе этого вывода вы сможете правильно понимать смысл таких фраз, как “магнитное поле тока” или “магнитное поле, созданное током”.

{"questions":[{"content":"Электрическое поле[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["может существовать   без наличия магнитного поля","существует только при наличии магнитного поля","несовместимо с магнитным полем"],"answer":[0]}}}]}

Магнитное поле Определение и значение

• Основные определения
• Тест
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный
• Культурный уровень сложности
• 7.

  Сохрани это слово!

  См. синонимы к слову магнитное поле на Thesaurus.com

  Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

  ---

  сущ.

  область пространства вблизи магнита, электрического тока или движущейся заряженной частицы, в которой магнитная сила действует на любой другой магнит, электрический ток или движущуюся заряженную частицу.

  напряженность магнитного поля.

  ВИКТОРИНА

  ВСЕ ЗА(U)R ЭТОГО БРИТАНСКОГО ПРОТИВ. АМЕРИКАНСКИЙ АНГЛИЙСКИЙ ВИКТОРИНА

  Существует огромное количество различий между тем, как люди говорят по-английски в США и Великобритании. Способны ли ваши языковые навыки определить разницу? Давай выясним!

  Вопрос 1 из 7

  Правда или ложь? Британский английский и американский английский различаются только сленговыми словами.

  Происхождение магнитного поля

  Впервые зафиксировано в 1835–1845 гг.

  Слова рядом магнитное поле

  магнитный диск, магнитный домен, магнитный барабан, магнитная эпоха, магнитный экватор, магнитное поле, магнитное поле Земли, инверсии магнитного поля, напряженность магнитного поля, магнитный поток, плотность магнитного потока

  Словарь. ком без сокращений На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023

  Слова, связанные с магнитным полем

  электромагнитное поле

  Как использовать магнитное поле в предложении

  • Поскольку гамма-лучи не отклоняются магнитными полями, они указывают обратно на свои источники, указывая местонахождение блуждающих космических лучей.

    Новооткрытое высокоэнергетическое свечение Млечного Пути намекает на секреты космических лучей|Эмили Коновер|2 февраля 2021 г.|Новости науки — как ориентированы их железосодержащие минералы относительно поля Земли.

    Как родилась сотрясающая Землю теория тектоники плит|Кэролин Грэмлинг|13 января 2021|Новости науки

  • У космологов нет конца идеям, но один упускаемый из виду вариант — возможное существование магнитных полей при рождении Вселенная.

    Год в физике|Майкл Мойер|23 декабря 2020 г.|Журнал Quanta

  • Когда он создал искусственное магнитное поле вокруг резервуаров, черепахи продолжали двигаться, как им казалось, в северо-восточном направлении.

    Как морские черепахи находят свой путь — Выпуск 94: Эволюция|Джейсон Г. Голдман|16 декабря 2020|Наутилус на изображении горячие и холодные газовые пауки выходят из более темного центра, говорится в пресс-релизе NSO.

    Изображения, подобные этому, могут помочь раскрыть внутреннюю работу Солнца|Мария Паула Рубиано А.|11 декабря 2020 г.|Popular-Science

  • Мнения о расстройствах пищевого поведения по-прежнему расходятся во мнениях относительно потенциальной эффективности таких мер.

    Насколько худой может быть слишком худым? Израиль запрещает «худощавые» модели|Кэрри Арнольд|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • «Он был храбрым полевым командиром и экспертом в разведке, а также в организации народных и племенных сил», — сказал хвалебный человек.

    Что иранские похороны говорят нам о войнах в Ираке|IranWire|6 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • Во всяком случае, обучение офицеров и методы работы полиции на местах укрепляют эти убеждения.

    Что произойдет, если я наткнусь на лицо белого полицейского?|Голди Тейлор|30 декабря 2014|DAILY BEAST

  • Затем к этому переполненному полю присоединились коммерческие гиганты по снижению веса Weight Watchers и Дженни Крейг.

    Почему ваша новогодняя диета не сработает|Кэрри Арнольд|30 декабря 2014|DAILY BEAST

  • Так и было, у нас должна быть команда, правильные мячи, большое поле, и все должно выглядеть правильно и быть правым.

    Стена напряженности Тима Ховарда|Уильям О’Коннор|22 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

  • Он отличился в нескольких кампаниях, особенно в войне на полуострове, и был повышен до звания фельдмаршала.

    Книга истории и хронологии на каждый день|Джоэл Манселл

  • У нас было шесть полевых орудий, но мы взяли только четыре, запряженных вдвое большим количеством лошадей.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Разные

  • Было два батальона, всего около тысячи человек; и они принесли полевое орудие с ними.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Various

  • Пробуждением спящих мексиканцев стал разряд двух наших полевых орудий, заряженных канистрой.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Various

  • Затем вражеские гаубицы и полевые орудия действовали по-своему, вынуждая атаку уступать много территории.

    Gallipoli Diary, Volume I|Ian Hamilton

  Британский словарь определений магнитного поля

  магнитное поле

  ---

  сущ. движущийся заряд испытывает силу Сравните электрическое поле

  Английский словарь Коллинза — полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd. 1979, 1986 © ХарперКоллинз Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

  Научные определения магнитного поля

  магнитное поле

  ---

  Силовое поле, связанное с изменяющимися электрическими полями, как при движении электрических зарядов. Магнитные поля воздействуют на движущиеся электрические заряды отклоняющими силами. Большинство магнитов имеют магнитные поля в результате вращательного движения электронов, вращающихся вокруг атомов, из которых они состоят; электромагниты создают такие поля из электрического тока, проходящего через катушки. Крупные объекты, такие как Земля, другие планеты и звезды, также создают магнитные поля. См. Примечание по магнетизму.

  См. напряженность магнитного поля.

  Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

  Культурные определения магнитного поля

  магнитное поле

  ---

  Говорят, что магнитное поле существует в области, если на магнит можно воздействовать силой. Если стрелка компаса отклоняется, когда ее помещают в определенное место, мы говорим, что в этой точке существует магнитное поле, и сила поля измеряется силой силы стрелки компаса. Земля, Солнце и галактика Млечный Путь имеют магнитные поля.

  Все известные магнитные поля вызваны движением электрических зарядов. Электроны на орбитах в атомах создают магнитные поля, так что каждый атом, как и Земля, окружен магнитным полем. (См. магнит и магнетизм.)

  Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г., издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

  Определение магнитного поля в физике.

  (существительное)

  Состояние в пространстве вокруг магнита или электрического тока, в котором присутствует определяемая магнитная сила и где присутствуют два магнитных полюса.

  • Линии магнитного поля

    • Магнитное поле Линии полезны для визуального представления силы и направления магнитного поля .
    • Поскольку магнитных сил действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле как представление магнитных сил.
    • Графическое изображение линий магнитного
      поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитное поле .
    • Магнитное поле традиционно называют полем B- .
    • Соотнесите силу магнитного поля с плотностью магнитного поля линий

  • Парамагнетизм и диамагнетизм

    • Парамагнетизм — это притяжение материала в магнитном поле , а диамагнетизм — это отталкивание 0196 магнитные поля .
    • Магнитный момент, индуцированный приложенным полем , линейно зависит от напряженности поля ; это тоже довольно слабо.
    • Когда приложено магнитное поле , диполи будут стремиться выровняться с приложенным полем , в результате чего появится суммарный магнитный момент в направлении приложенного поля .
    • Эти материалы слегка притягиваются магнитное поле и материал не сохраняет магнитные свойства, когда внешнее поле удаляется, как показано на .
    • Диамагнетизм — это свойство объекта или материала, которое заставляет его создавать магнитное поле в противовес приложенному извне магнитному полю .

  • Энергия, запасенная в магнитном поле

    • Когда по проводнику течет ток, 92}{2\му}$.
    • Магнитное поле , создаваемое соленоидом (вид в поперечном сечении), описанное с использованием линий поля .
    • Энергия «хранится» в магнитном поле .

  • Винтовое движение

    • Винтовое движение возникает, когда вектор скорости не перпендикулярен вектору магнитного поля .
    • Что делать, если скорость не перпендикулярна магнитное поле ?
    • Составляющая скорости, параллельная полю , не изменяется, поскольку магнитная сила равна нулю для движения, параллельного полю .
    • показывает, как электроны, не движущиеся перпендикулярно магнитным полевым линиям, следуют за полевыми линиями.
    • Описать условия, приводящие к винтовому движению заряженной частицы в магнитном поле поле

  • Ферромагнетики и электромагниты

    • Во втором классе магнитов , известных как электромагниты, магнитное поле создается за счет использования электрического тока.
    • При исчезновении тока отключается магнитное поле .
    • Электрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле вокруг провода.
    • магнитное поле от всех витков провода проходит через центр катушки, создавая там сильное магнитное поле .
    • Ток (I) через провод создает магнитное поле (B).

  • Электрические и магнитные силы

    • Напротив, вспомним, что магнитная сила, действующая на заряженную частицу, ортогональна магнитной поле такое, что:
    • , где B — вектор магнитного поля , v — скорость частицы, а θ — угол между магнитным полем и скоростью частицы.
    • Если скорость частицы параллельна магнитному полю или равна нулю, магнитная сила будет равна нулю.
    • Завихрение магнитного поля , создаваемого обычным 9Поэтому магнит 0196 всегда отличен от нуля.
    • Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды.

  • Магнитное воздействие на проводник с током

    • Когда на электрический провод воздействует магнит , на ток в этом проводе действует сила — результат действия поля магнита .
    • Когда электрический провод подвергается воздействию магнита , на ток в этом проводе будет влиять магнитное поле .
    • Сила (F) магнитного поля (B) действует на отдельный заряд (q), движущийся со скоростью дрейфа vd:
    • В этом случае θ представляет собой угол между магнитным полем и проводом ( магнитная сила обычно рассчитывается как векторное произведение).
    • Экспресс-уравнение, используемое для расчета магнитной силы электрического провода, подвергающегося воздействию магнитный полевой

  • Величина магнитной силы

    • магнитная сила, действующая на заряженную частицу q, движущуюся в магнитном поле B со скоростью v (под углом θ к B), равна $F=qvBsin(\theta )$.
    • Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды, и поэтому они воздействуют на другие магниты , все из которых имеют движущиеся заряды.
    • Величина магнитная сила $F$, действующая на заряд $q$, движущийся со скоростью $v$ в магнитном поле напряженностью $B$, определяется по формуле:
    • Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 5×10−5 Тл, или 0,5 Гс.
    • Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды.

  • Постоянные магниты

    • Постоянные магниты — это предметы, изготовленные из ферромагнитного материала, создающие постоянное магнитное поле .
    • Напомним, что магнит представляет собой материал или объект, который генерирует магнитное поле .
    • Постоянный магнит — это объект, изготовленный из материала, который намагничивается и создает собственное постоянное магнитное поле .
    • В ответ на внешнее магнитное поле подобное тому, которое применяется на рисунке выше, эти области растут и выравниваются.
    • Магнит выполнен в форме подковы, чтобы сблизить два магнитных полюса и создать там сильное магнитное поле , способное поднимать тяжелые куски железа.

  • Ферромагнетизм

    • В ответ на внешнее магнитное поле домены могут увеличиваться до миллиметрового размера, выравниваясь друг с другом.
    • Постоянные магниты (материалы, которые могут быть намагничиваются внешним магнитным полем и остаются намагниченными после удаления внешнего поля ) являются ферромагнитными, как и другие материалы, которые заметно притягиваются к ним.