Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

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 из этих стрелочек в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

На рисунке 278 изображена картина 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.

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

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, но так, чтобы она охватывала проводник с током.

На рисунке 219, а показано 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° (рис. 279,6; 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.

Вопросы. 1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? 2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тона? 3. Что называют магнитной линией магнитного поля? 4. Для чего вводят понятие магнитной линии поля? 5. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?

Магнитная линия — поле — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Магнитная линия — поле

Cтраница 1

Магнитные линии поля непрерывны, поэтому они замыкаются по телу магнита.  [1]

Магнитные линии поля циклически распределяются вокруг токов и непрерывно переходят из одной среды в другую. Вхождение линий потока в ферромагнитную среду или выход из нее вызывает появление на граничных поверхностях кажущейся магнитной полярности.  [3]

Магнитные линии поля, создаваемого полюсами, показаны на рисунке сплошными, а магнитные линии поля статора — штриховыми линиями.  [5]

Магнитные линии поля воздушного зазора пересекают воздушный зазор и замыкаются через сердечники статора и ротора. Это поле создается рассмотренной в предыдущей главе намагничивающей силой обмотки. Магнитное поле пазов — ( рис. 23 — 1) создается токами проводников паза, и к нему относятся Линии магнитной индукции, которые не пересекают воздушного зазора и замыкаются в пределах данной части машины.  [6]

Магнитные линии поля воздушного зазора пересекают воздушный зазор и замыкаются через сердечники статора и ротора. Это поле создается рассмотренной в предыдущей главе намагничивающей силой обмотки. Магнитное поле пазов ( рис. 23 — 1) создается токами проводников паза, и к нему относятся линии магнитной индукции, которые не пересекают воздушного зазора и замыкаются в пределах данной части машины. Магнитное поле лобовых частей обмотки ( рис. 23 — 2) сосредоточено в области лобовых пространств обмотки.  [7]

Все магнитные линии поля зазора замыкаются через сердечники машины. Большая часть магнитных линий полей пазов и часть магнитных линий полей лобовых частей также замыкаются через сердечник. Однако эти поля, а также высшие гармоники поля зазора в нормальных режимах работы машины малы по сравнению с основной гармоникой поля зазора, и степень насыщения сердечников статора и ротора определяется практически магнитным потоком этой основной гармоники.  [9]

Некоторые магнитные линии поля тока it сцепляются со всей второй петлей, охватывая всю поверхность сечения проводов петли. Такими, например, являются на рис. 130 линии Ъ и с. Некоторые линии сцепляются только с частью петли, так как они охватывают только часть поверхности сечения проводов петли.  [10]

Направление магнитных линий поля, создаваемого первым проводом, определяется по правилу буравчика и совпадает с направлением движения часовой стрелки. Касательный к магнитным линиям вектор магнитной индукции направлен в месте расположения второго провода вертикально вниз.  [11]

Направление магнитных линий поля, создаваемого первым проводом, определяется По правилу буравчика и совпадает с направлением движения часовой стрелки. Касательный к магнитным линиям вектор магнитной индукции направлен в месте расположения второго провода вертикально вниз.  [12]

Основная часть магнитных линий поля на всем протяжении их замыкается в ферромагнитном сердечнике и сцеплена со всеми витками катушки.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

Тест по теме «Магнитные линии» (9 класс)

1 вариант

1. Магнитное поле создается только

1) движущимися отрицательно заряженными частицами

2) движущимися заряженными частицами (как положительными, так и отрицательными)

3) находящимися в покое заряженными частицами

4) движущимися положительно заряженными частицами

2. Там, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают

1)ближе друг к другу, т.е. гуще

2) дальше друг от друга, т.е. рже

3) на одинаковом расстоянии

4) на изменяющемся расстоянии

3. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным

2. Неоднородным

3. Переменным

4. Поля нет

4. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

 1) образуются магнитные полюса: на конце 1 — северный полюс; на конце 2 — южный

2) образуются магнитные полюса: на конце 1 — южный полюс; на конце 2 — северный

3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд; на конце 2 — положительный

4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд; на конце 2 — отрицательны

5. Ток силой I протекает по прямолинейному участку провода (ток направлен «от нас»).

Вектор индукции магнитного поля, создаваемого током, направлен вверх (в плоскости рисунка) в точке

 1) А 2) B 3) C 4) D

2. вариант

1. Магнитные линии-это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие

1. Магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле

2. Положительно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Отрицательно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

2. Магнитные линии

1)всегда замкнуты

2)всегда разомкнуты

3)Могут быть как замкнуты, так и разомкнуты

4)пунктирные линии

3. Если в различных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют одинаковые силы, то такое поле называют

1)равномерным

2)неравнородным

3)однородым

4)равномерным

4. На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

 

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

5. К магнитной стрелке медленно поднесли справа постоянный магнит, как показано на рисунке. Как повернётся магнитная стрелка?

 

1) на 90° по часовой стрелке

2) на 90° против часовой стрелки

3) на 45° по часовой стрелке

4) никак не повернётся

3 вариант

1. Магнит создает вокруг себя магнитное поле. Где будет проявляться действие этого поля наиболее сильно?

1. Около полюсов магнита.

2. В центре магнита.

3. .Действие магнитного поля проявляется равномерно в каждой точке магнита.

4. Далеко от магнита

2. Там, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают

1)ближе друг к другу, т.е. гуще

2) дальше друг от друга, т.е. рже

3) на одинаковом расстоянии

4) на изменяющемся расстоянии

3. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным

2. Неоднородным

3. Переменным

4. Поля нет

4. На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

 1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

5. К магнитной стрелке медленно поднесли снизу постоянный магнит, как показано на рисунке. Как повернётся магнитная стрелка?

 1) на 90° по часовой стрелке

2) на 90° против часовой стрелки

3) на 45° по часовой стрелке

4) никак не повернётся

4 вариант

1. Можно ли пользоваться компасом на Луне для ориентирования на местности?

1. Нельзя.

2. Можно.

3. Можно, но только на равнинах

4. Трудно определить

2. Магнитные линии-это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие

1. Магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле

2. Положительно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Отрицательно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Если в различных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют одинаковые силы, то такое поле называют

1)равномерным

2)неравнородным

3)однородым

4)равномерным

4. Правильное положение магнитной стрелки в магнитном поле постоянного магнита изображено на рисунке

 

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

5. На рисунке показаны постоянный магнит и несколько линий создаваемого им магнитного поля. Четыре стороны магнита пронумерованы. Укажите полюсы магнита.

 

1) 1 — северный полюс, 3 — южный полюс

2) 2 — северный полюс, 4 — южный полюс

3) 3 — северный полюс, 1 — южный полюс

4) 4 — северный полюс, 2 — южный полюс

5 вариант

1. Там, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают

1)ближе друг к другу, т.е. гуще

2) дальше друг от друга, т.е. рже

3) на одинаковом расстоянии

4) на изменяющемся расстоянии

2. При каком условии магнитное поле появляется вокруг проводника?

1. Когда в проводнике возникает электрический ток.

2. Когда проводник складывают вдвое.

3. Когда проводник нагревают.

4. Когда проводник перемещают

3. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным

2. Неоднородным

3. Переменным

4. Поля нет

4. На рисунке представлена картина линий магнитного поля, полученная с помощью железных опилок от двух полосовых магнитов. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

 1) 1 — северному полюсу, 2 — южному

2) 2 — северному полюсу, 1 — южному

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

5. На рисунке показаны постоянный магнит и несколько линий создаваемого им магнитного поля. Четыре стороны магнита пронумерованы. Укажите полюсы магнита.

 

1) 1 — северный полюс, 3 — южный полюс

2) 2 — северный полюс, 4 — южный полюс

3) 3 — северный полюс, 1 — южный полюс

4) 4 — северный полюс, 2 — южный полюс

6 вариант

1. Укажите фундаментальное свойство магнитного поля?

1. Его силовые линии всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

2. Магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов в природе нет. 

3. Его силовые линии всегда имеют источники: они начинаются на отрицательных зарядах и оканчиваются на положительных.

4. Магнитное поле имеет источники-это заряженные частицы

2. Если в различных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют одинаковые силы, то такое поле называют

1)равномерным

2)неравнородным

3)однородым

4)равномерным

3. Магнитные линии

1)всегда замкнуты

2)всегда разомкнуты

3)Могут быть как замкнуты, так и разомкнуты

4)пунктирные линии

4. На рисунке представлена картина линий магнитного поля, полученная с помощью железных опилок от двух полосовых магнитов. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

 1) 1 — северному полюсу, 2 — южному

2) 2 — северному полюсу, 1 — южному

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

5. Проводник, по которому протекает электрический ток I, расположен перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок). Расположение какой из магнитных стрелок, взаимодействующих с магнитным полем проводника с током, показано правильно?

 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

7 вариант

1.  Внутри стенового покрытия проложен изолированный провод. Как обнаружить местонахождения провода не нарушая стенового покрытия?

1. Поднести к стене магнитную стрелку. Проводник с током и стрелка будут взаимодействовать.

2. Осветить стены. Усиление света укажет на нахождение провода.

3. Местонахождение провода нельзя определить, не ломая стенового покрытия.

4. Поднести к стене электрометр

2. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным 2) Неоднородным

3. Переменным 4) Поля нет

3. Магнитное поле создается только

1) движущимися отрицательно заряженными частицами

2) движущимися заряженными частицами (как положительными, так и отрицательными)

3) находящимися в покое заряженными частицами

4) движущимися положительно заряженными частицами

4. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах сердечника катушки

 1) образуются магнитные полюса: на конце 1 — северный полюс, на конце 2 — южный полюс

2) образуются магнитные полюса: на конце 1 — южный полюс, на конце 2 — северный полюс

3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд, на конце 2 — положительный заряд

4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд, на конце 2 — отрицательный заряд

5. В магнитное поле, линии индукции которого показаны на рисунке, помещены небольшие магнитные стрелки с номерами 1, 2, 3 и 4, которые могут свободно вращаться. Южный полюс стрелки на рисунке светлый, северный — тёмный. В устойчивом положении находится стрелка с номером 

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

8 вариант

1. В чем состоят особенности магнитных линий

1)всегда замкнуты

2)всегда разомкнуты

3)Могут быть как замкнуты, так и разомкнуты

4)пунктирные линии

2. Магнитные линии-это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие

1. Магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле

2. Положительно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Отрицательно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Если в различных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют одинаковые силы, то такое поле называют

1)равномерным

2)неравнородным

3)однородым

4)равномерным

4. К северному полюсу полосового магнита подносят маленькую магнитную стрелку. Укажите рисунок, на котором правильно показано установившееся положение магнитной стрелки.

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

5. В магнитное поле, линии индукции которого показаны на рисунке, помещены небольшие магнитные стрелки с номерами 1, 2, 3 и 4, которые могут свободно вращаться. Северный полюс стрелки на рисунке тёмный, южный — светлый. В устойчивом положении находится стрелка с номером

 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

9 вариант

1. Магнитное поле создается только

1) движущимися отрицательно заряженными частицами

2) движущимися заряженными частицами (как положительными, так и отрицательными)

3) находящимися в покое заряженными частицами

4) движущимися положительно заряженными частицами

2. Там, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают

1)ближе друг к другу, т.е. гуще

2) дальше друг от друга, т.е. рже

3) на одинаковом расстоянии

4) на изменяющемся расстоянии

3. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным

2. Неоднородным

3. Переменным

4. Поля нет

4. Линия магнитного поля изображённого на рисунке полосового магнита направлена строго вправо в точках

 

1) 1 и 4

2) 2 и 3

3) 1 и 3

4) 2 и 4

5. На рисунке показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся рядом с магнитом. Укажите полюса стрелок, обращённые к магниту.

 

1) 1 – северный полюс, 2 – южный

2) 1 – южный полюс, 2 – северный

3) и 1, и 2 – северные полюса

4) и 1, и 2 – южные полюса

10 вариант

1.  Магнитные линии-это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие

1. Магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле

2. Положительно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

3. Отрицательно заряженные частицы, помещенные в магнитное поле

2. Магнитные линии

1)всегда замкнуты

2)всегда разомкнуты

3)Могут быть как замкнуты, так и разомкнуты

4)пунктирные линии

3. Если в различных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют одинаковые силы, то такое поле называют

1)равномерным

2)неравнородным

3)однородым

4)равномерным

4. Линия магнитного поля изображённого на рисунке полосового магнита направлена строго влево в точках

 1) 1 и 4

2) 2 и 3

3) 1 и 3

4) 2 и 4

5. Линейный проводник закрепили над магнитной стрелкой и собрали электрическую цепь, представленную на рисунке.

При замыкании ключа магнитная стрелка

1) останется на месте

2) повернётся на 180°

3) повернётся на 90° и установится перпендикулярно плоскости рисунка южным полюсом на читателя

4) повернётся на 90° и установится перпендикулярно плоскости рисунка северным полюсом на читателя

11 вариант

1. Какое утверждение верно?

А. Магнитное поле можно обнаружить по действию на движущийся заряд

Б. Магнитное поле можно обнаружить по действию на неподвижный заряд

1. А

2. Б

3. А и Б

4. Ни А, ни Б

2. Там, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают

1)ближе друг к другу, т.е. гуще

2) дальше друг от друга, т.е. рже

3) на одинаковом расстоянии

4) на изменяющемся расстоянии

3. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрелку действуют различные силы, то такое поле называют

1. Однородным

2. Неоднородным

3. Переменным

4. Поля нет

4. Ток силой I протекает по прямолинейному участку провода (ток направлен «на нас»). Вектор индукции магнитного поля, создаваемого током, направлен влево в точке

 

1) А

2) B

3) C

4) D

5. К магнитной стрелке медленно поднесли справа постоянный магнит, как показано на рисунке. Как повернётся магнитная стрелка?

 

1) на 90° по часовой стрелке

2) на 90° против часовой стрелки

3) на 45° по часовой стрелке

4) никак не повернётся

«Магнитное поле. Магнитные линии». 8-й класс

Цели урока:

Образовательные

• Дать понятие постоянного магнита, магнитного поля;
• Исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;
• Исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов;
• Изучить действие магнитного поля на ток;
• Познакомиться со свойствами магнитного поля;
• Провести сравнение магнитного поля с электрическим.

Воспитательные

• Научить работать в группах.
• Научит использовать персональный компьютер как средство обучения.

Развивающие

• Научить выделять главное, существенное.
• Научить сравнивать изучаемые факты, логически излагать мысли.

Оборудование:

• Компьютер.
• Интерактивная доска.
• Проектор.
• Документ-камера.
• Презентация для интерактивной доски (Приложение 9)
• Магниты (по кол-ву детей в классе), железные опилки, прибор для демонстрации линий магнитного поля, магнит полосовой и дугообразный, компасы, железные гвозди, пластмассовые шарики, деревянные и металлические бруски, кусочки алюминиевой и медной проволоки, металлические скрепки.
• Рабочие листы (Приложение 1)
• Тесты для контроля знаний (Приложение 2)
• Печатные листы с заданиями для групп и для фронтального эксперимента (Приложение 3, Приложение 4, Приложение 5, Приложение 6)

ХОД УРОКА

Организационный момент.

Постановка проблемы.

Видеофильм «Северное сияние». (Приложение 7)

Вопросы:

• Что мы видим на экране?
• Что такое северное сияние? (Полярное сияние (северное сияние) — свечение верхних слоёв атмосфер планет, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра).
• Почему на Земле есть Северное сияние, а на Луне, Марсе нет?

Вывод: причиной возникновения северного сияния является магнитное поле.

Попробуем сформулировать тему урока.

Тема урока «Магнитное поле»

Ребята, ответьте  на вопросы:

• Что такое электрический ток? (Упорядоченное движение заряженных частиц)
• Что является носителем тока? (+ и – заряженные частицы)
• О наличии тока по чему можно судить? (По действиям тока)
• Какие вы знаете действия тока? (Тепловое, химическое, магнитное).

Вопросами магнетизма ещё в 1820 году занимался датский учёный Эрстед. Он ставил различные опыты,  и сегодня один из них мы можем повторить.

Опыт Эрстеда – видеофильм

Каким образом магнитная стрелка и проводник с током взаимодействуют между собой?

Ответ: Вокруг проводника с током существует МП. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Что же такое магнитное поле?

Магнитное поле – это особый вид материи, который существует независимо от нас и от наших знаний о нём. Основной особенностью магнитного поля является действие на движущиеся заряженные частицы и магниты.

Как вы думаете, какие цели мы сегодня поставим на урок.

Цели урока:

• Дать понятие магнитного поля;
• Познакомиться со свойствами магнитного поля;
• Построить графическое изображение магнитного поля.

Легенда

Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он однажды обнаружил, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть камнем «Магнуса» или просто «магнит». История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет. В 6 в. до н.э. древнекитайские учёные обнаружили минерал, способный притягивать к себе железные предметы. Китайцы назвали его «чу-ши», что означает «любящий камень», так как он прижимает к себе железо, как мать свое дитя. Слово магнит произошло от слова  «Магнесии», так назывался небольшой город в Турции, где были найдены залежи этого минерала.

Итак, магниты – это тела, обладающие собственным магнитным полем.

ФЭ №1 Свойства магнита

Цель: выяснить, какие вещества притягиваются к магниту.
Поднесите магнит к телам на вашем столе. Все тела притягиваются к магниту?

Искусственные и естественные магниты.

Магниты

Естественные	Искусственные
Железная руда. Земля – гигантский естественный магнит.	Железные предметы, получившие магнитные свойства в результате контакта с естественным магнитом или намагниченные в магнитном поле (железо, никель, кобальт)

ФЭ № 2 «Исследование взаимодействия магнитов»

Цель: исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов.

• Сколько полюсов у магнита?
• Как взаимодействуют магнитные полюсы?
• Какой вывод можно сделать по проделанной работе?

Вокруг магнита существует магнитное поле.

Работа в группах.

1 группа. Построение линий магнитного поля.
2 группа. Исследование зависимости величины магнитного поля магнита от расстояния до него.
3 группа. Исследование намагниченности вещества.

Отчеты групп 2 и 3.

Выводы:

Определяющие свойства МП

• Порождается магнитами и токами.
• Обнаруживается по действию на магниты и токи.
• С удалением от источника магнитного поля действие поля ослабевает.

Ребята, а в быту мы встречаем МП? Что получается, мы живём в квартире и подвергаемся большому количеству МП? А как они взаимодействуют?
На этот вопрос первым ответил французский физик Ампер.
Опыт по взаимодействию токов можно увидеть на экране. Вокруг проводника с током существует МП, которое с силой действует на ток в другом проводнике. Силы, с которыми проводники взаимодействуют, называются магнитными.

Опыт «Взаимодействие параллельных токов» – видеофильм. (Приложение 8)

Итак, вокруг проводников с током и вокруг магнитов существует МП. А можно ли его увидеть? Существует такой способ, он заключается в использовании мелких металлических опилок.

Отчет группы 1.

В МП опилки – маленькие кусочки железа, намагничиваются и становятся маленькими стрелочками. Ось каждой стрелочки в МП устанавливается вдоль направления действия оси сил МП.
Демонстрация магнитных линий поля полосового и дугообразного магнитов при помощи прибора для демонстрации спектров магнитных полей и документ-камеры.
Сравните результат вашего эксперимента с графическим изображением магнитных линий на экране.
Линии, которые образуют опилки в МП, называются магнитными линиями. Магнитные линии или линии МП это воображаемые линии, вдоль которых установились бы в магнитном поле оси маленьких магнитных стрелочек.
За направление магнитных линий магнитного поля в данной точке принимается направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки, находящейся в исследуемом поле.

Магнитные линии образуются не только вокруг магнитов, но и вокруг проводников с током.

Опыт  «Магнитное поле прямого тока» – видеофильм. (Приложение 10)

Магнитные линии МП тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник. С помощью магнитных линий удобно изображать МП графически. Чем гуще эти линии, тем сильнее МП.

Давайте посмотрим еще компьютерную модель «Магнитное поле прямого тока». Обратите внимание на зависимость расположения магнитных стрелок от направления тока в проводнике.
Сделайте вывод. Направление магнитных линий МП связано с направлением тока в проводнике.

Первичное закрепление.

Задание на интерактивной доске.

Вопросы:

• Что окружает любой проводник с током?
• Чем порождается магнитное поле?
• Как взаимодействуют магниты между собой?
• Для чего вводят понятие магнитных линий?

Самостоятельная работа.

Тест с взаимопроверкой.

Рефлексия.

Что нового вы узнали на уроке?
Наклеить на дерево листочки.
Зеленый – все понятно, настроение хорошее, урок понравился.
Желтый – что0то осталось непонятным.
Красный – ничего не понятно.

Домашнее задание: § 56, 57.

Что называют линиями магнитного поля. Теория магнитного поля и интересные факты о магнитном поле земли. Магнитное поле катушки с током

Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!

Тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения «северный» и «южный» даны лишь для удобства (как «плюс» и «минус» в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля — силовые линии.

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца .

Здесь q — заряд, v — его скорость в магнитном поле, B — индукция, F — сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток — скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) .

Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете — Курская и Бразильская магнитные аномалии .

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.

Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов — в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.

За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.

Каталог заданий.
Задания Д13. Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

По лёгкой проводящей рамке, расположенной между полюсами подковообразного магнита, пропустили электрический ток, направление которого указано на рисунке стрелками.

Решение.

Магнитное поле будет направлено от северного полюса магнита к южному (перпендикулярно стороне АБ рамки). На стороны рамки с током действует сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна где — сила тока в рамке, — величина магнитной индукции поля магнита, — длина соответствующей стороны рамки, — синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока. Таким образом, на АБ сторону рамки и сторону параллельную ей будут действовать силы, равные по величине, но противоположные по направлению: на левую сторону «от нас», а на правую «на нас». На остальные стороны силы действовать не будут, поскольку ток в них течет параллельно силовым линиям поля. Таким образом рамка начнёт вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху.

По мере поворота направление силы будет меняться и в тот момент, когда рамка повернётся на 90° вращающий момент сменит направление, таким образом, рамка не будет проворачиваться дальше. Некоторое время рамка будет колебаться в таком положении, а затем окажется в положении, указанном на рисунке 4.

Ответ: 4

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.

По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

1) образуются магнитные полюса: на конце 1 — северный полюс; на конце 2 — южный

2) образуются магнитные полюса: на конце 1 — южный полюс; на конце 2 — северный

3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд; на конце 2 — положительный

4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд; на конце 2 — отрицательны

Решение.

При движении заряженных частиц всегда возникает магнитное поле. Воспользуемся правилом правой руки для определения направления вектора магнитной индукции: направим пальцы по линии тока, тогда отогнутый большой палец укажет направление вектора магнитной индукции. Таким образом, линии магнитной индукции направлены из конца 1 к концу 2. Линии магнитного поля входят в южный магнитный полюс и выходят из северного.

Правильный ответ указан под номером 2.

Примечание.

Внутри магнита (катушки) линии магнитного поля идут от южного полюса к северному.

Ответ: 2

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326., ОГЭ-2019. Основная волна. Вариант 54416

На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

Решение.

Поскольку магнитные линии замкнуты, полюса не могут быть одновременно южными или северными. Буква N (North) обозначает северный полюс, S (South) — южный. Северный полюс притягивается к южному. Следовательно, область 1 — южный полюс, область 2 — северный полюс.

На данном уроке, тема которого: «Магнитное поле постоянного электрического тока», мы узнаем, что такое магнит, как он взаимодействует с другими магнитами, запишем определения магнитного поля и вектора магнитной индукции, а также воспользуемся правилом буравчика для определения направления вектора магнитной индукции.

Каждый из вас держал в руках магнит и знает его удивительное свойство: он на расстоянии взаимодействует с другим магнитом или с куском железа. Что есть такого в магните, что придает ему эти удивительные свойства? Можно ли самому сделать магнит? Можно, и что для этого нужно — вы узнаете из нашего урока. Забежим наперед: если взять простой железный гвоздь, он не будет обладать магнитными свойствами, но, если обмотать его проволокой и подключить ее к батарейке, мы получим магнит (см. рис. 1).

Рис. 1. Гвоздь, обмотанный проволокой и подключенный к батарейке

Оказывается, чтобы получить магнит, нужен электрический ток — движение электрического заряда. С движением электрического заряда связаны и свойства постоянных магнитов, таких как магнитики на холодильнике. Некого магнитного заряда, подобно электрическому, в природе не существует. Он и не нужен, достаточно движущихся электрических зарядов.

Прежде чем исследовать магнитное поле постоянного электрического тока, нужно договориться, как количественно описывать магнитное поле. Для количественного описания магнитных явлений необходимо ввести силовую характеристику магнитного поля. Векторная величина, количественно характеризующая магнитное поле, называется магнитной индукцией. Обозначается она обычно большой латинской буквой B, измеряется в тесла.

Магнитная индукции — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Направление магнитного поля определяется по аналогии с моделью электростатики, в которой поле характеризуется действием на пробный покоящийся заряд. Только здесь в качестве «пробного элемента» используется магнитная стрелка (продолговатый постоянный магнит). Такую стрелку вы видели в компасе. За направление магнитного поля в какой-либо точке принято направление, которое укажет северный полюс N магнитной стрелки после переориентации (см. рис. 2).

Полную и наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые силовые линии магнитного поля (см. рис. 3).

Рис. 3. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Это линии, показывающие направление вектора магнитной индукции (то есть направления полюса N магнитной стрелки) в каждой точке пространства. С помощью магнитной стрелки, таким образом, можно получить картину силовых линии различных магнитных полей. Вот, например, картина силовых линий магнитного поля постоянного магнита (см. рис. 4).

Рис. 4. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Магнитное поле существует в каждой точке, но линии мы изображаем на некотором расстоянии друг от друга. Это просто способ изображения магнитного поля, аналогично мы поступали с напряженностью электрического поля (см. рис. 5).

Рис. 5. Линии напряженности электрического поля

Чем более плотно нарисованы линии — тем больше модуль магнитной индукции в данной области пространства. Как видите (см. рис. 4), силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. Внутри магнита силовые линии поля также продолжаются. В отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, силовые линии магнитного поля замкнутые (см. рис. 6).

Рис. 6. Силовые линии магнитного поля замкнуты

Поле, силовые линии которого замкнуты, называется вихревым векторным полем. Электростатическое поле не является вихревым, оно потенциальное. Принципиальное различие вихревых и потенциальных полей в том, что работа потенциального поля на любом замкнутом пути равна нулю, для вихревого поля это не так. Земля тоже является огромным магнитом, она обладает магнитным полем, которое мы обнаруживаем с помощью стрелки компаса. Подробнее о магнитном поле Земли рассказано в ответвлении.

Наша планета Земля является большим магнитом, полюса которого находятся неподалеку от пересечения поверхности с осью вращения. Географически это Южный и Северный полюса. Именно поэтому стрелка в компасе, которая тоже является магнитом, взаимодействует с Землей. Она ориентируется таким образом, что один конец указывает на Северный полюс, а другой — на Южный (см. рис. 7). Рис.7. Стрелка в компасе взаимодействует с Землей Тот, который указывает на Северный полюс Земли, обозначили N, что означает North — в переводе с английского «Север». А тот, который указывает на Южный полюс Земли — S, что означает South — в переводе с английского «Юг». Так как притягиваются разноименные полюса магнитов, то северный полюс стрелки указывает на Южный магнитный полюс Земли (см. рис. 8). Рис. 8. Взаимодействие компаса и магнитных полюсов Земли Получается, что Южный магнитный полюс находится у Северного географического. И наоборот, Северный магнитный находится у Южного географического полюса Земли.

Теперь, познакомившись с моделью магнитного поля, исследуем поле проводника с постоянным током. Еще в XIX веке датский ученый Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником, по которому течет электрический ток (см. рис. 9).

Рис. 9. Взаимодействие магнитной стрелки с проводником

Практика показывает, что в магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке будет устанавливаться по касательной к некоторой окружности. Плоскость этой окружности перпендикулярна проводнику с током, а ее центр лежит на оси проводника (см. рис. 10).

Рис. 10. Расположение магнитной стрелки в магнитном поле прямого проводника

Если изменить направление протекания тока по проводнику, то магнитная стрелка в каждой точке развернется в противоположную сторону (см. рис. 11).

Рис. 11. При изменении направления протекания электрического тока

То есть направление магнитного поля зависит от направления протекания тока по проводнику. Описать эту зависимость можно при помощи простого экспериментально установленного метода — правила буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его ручки совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого этим проводником (см. рис. 12).

Итак, магнитное поле проводника с током направлено в каждой точке по касательной к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружности совпадает с осью проводника. Направление вектора магнитного поля в каждой точке связано с направлением тока в проводнике правилом буравчика. Опытным путем, при изменении силы тока и расстояния от проводника, установлено, что модуль вектора магнитной индукции пропорционален току и обратно пропорционален расстоянию от проводника . Модуль вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равен:

где — коэффициент пропорциональности, который нередко встречается в магнетизме. Называется магнитной проницаемостью вакуума. Численно равен:

Для магнитных полей, как и для электрических, справедлив принцип суперпозиции. Магнитные поля, создаваемые разными источниками в одной точке пространства, складываются (см. рис. 13).

Рис. 13. Магнитные поля разных источников складываются

Суммарная силовая характеристика такого поля будет векторной суммой силовых характеристик полей каждого из источников. Величину магнитной индукции поля, создаваемого током в определенной точке, можно увеличить, если согнуть проводник в окружность. Это будет понятно, если рассмотреть магнитные поля небольших сегментов такого витка провода в точке, находящейся внутри этого витка. Например, в центре.

Сегмент, обозначенный , по правилу буравчика создает в ней поле, направленное вверх (см. рис. 14).

Рис. 14. Магнитное поле сегментов

Сегмент аналогично создает в этой точке магнитное поле, направленное туда же. Аналогично и для других сегментов. Тогда суммарная силовая характеристика (то есть вектор магнитной индукции B) в этой точке будет суперпозицией силовых характеристик магнитных полей всех малых сегментов в этой и будет направлено вверх (см. рис. 15).

Рис. 15. Суммарная силовая характеристика в центре витка

Для произвольного витка, не обязательно в форме окружности, например для квадратной рамки (см. рис. 16), величина вектора внутри витка будет, естественно, зависеть от формы, размеров витка и силы тока в нем, но направление вектора магнитной индукции всегда будет определяться таким же способом (как суперпозиция полей, создаваемых малыми сегментами).

Рис. 16. Магнитное поле сегментов квадратной рамки

Мы подробно описали определение направления поля внутри витка, но в общем случае его можно находить гораздо проще, по немного измененному правилу буравчика:

если вращать рукоятку буравчика в том направлении, куда течет ток в витке, то острие буравчика укажет направление вектора магнитной индукции внутри витка (см. рис. 17).

То есть теперь вращение рукоятки соответствует направлению тока, а перемещение буравчика — направлению поля. А не наоборот, как было в случае с прямым проводником. Если длинный проводник, по которому течет ток, свернуть в пружину, то это устройство будет представлять из себя множество витков. Магнитные поля каждого витка катушки по принципу суперпозиции будут складываться. Таким образом, поле, создаваемое катушкой в некоторой точке, будет суммой полей, создаваемых каждым из витков в этой точке. Картину силовых линий поля такой катушки вы видите на рис. 18.

Рис. 18. Силовые линии катушки

Такое устройство называется катушкой, соленоидом или электромагнитом. Нетрудно заметить, что магнитные свойства катушки будут такими же, как у постоянного магнита (см. рис. 19).

Рис. 19. Магнитные свойства катушки и постоянного магнита

Одна сторона катушки (которая на рисунке сверху) играет роль северного полюса магнита, а другая сторона — южного полюса. Такое устройство широко применяется в технике, потому что им можно управлять: оно становится магнитом только при включении тока в катушке. Обратите внимание, что линии магнитного поля внутри катушки почти параллельны, их плотность велика. Поле внутри соленоида очень сильное и однородное. Поле снаружи катушки неоднородно, оно намного слабее поля внутри и направлено в противоположную сторону. Направление магнитного поля внутри катушки определяется по правилу буравчика как для поля внутри одного витка. За направление вращения рукоятки мы принимаем направление тока, который течет по катушке, а перемещение буравчика указывает направление магнитного поля внутри нее (см. рис. 20).

Рис. 20. Правило буравчика для катушки

Если поместить виток с током в магнитное поле, он будет переориентироваться, подобно магнитной стрелке. Момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

Теперь нам становится понятно, откуда берутся магнитные свойства постоянного магнита: электрон, движущийся в атоме по замкнутой траектории, подобен витку с током, и, как и виток, он обладает магнитным полем. А, как мы увидели на примере катушки, множество витков с током, упорядоченных определенным образом, обладают сильным магнитным полем.

Поле, создаваемое постоянными магнитами, — результат движения зарядов внутри них. И эти заряды — электроны в атомах (см. рис. 21). Рис. 21. Движение электронов в атомах Объясним механизм его возникновения на качественном уровне. Как известно, электроны в атоме находятся в движении. Так вот, каждый электрон, в каждом атоме создает свое магнитное поле, таким образом, получается огромное количество магнитов размером с атом. У большинства веществ эти магниты и их магнитные поля ориентированы хаотично. Поэтому суммарное магнитное поле, создаваемое телом, равно нулю. Но есть вещества, у которых магнитные поля, создаваемые отдельными электронами, ориентированы одинаково (см. рис. 22). Рис. 22. Магнитные поля ориентированы одинаково Поэтому магнитные поля, создаваемые каждым электроном, складываются. В итоге тело из такого вещества обладает магнитным полем и является постоянным магнитом. Во внешнем магнитном поле отдельные атомы или группы атомов, обладающие, как мы выяснили, собственным магнитным полем, поворачиваются как стрелка компаса (см. рис. 23). Рис. 23. Поворачивание атомов во внешнем магнитном поле Если они до этого не были ориентированы в одну сторону и не образовывали сильное суммарное магнитное поле, то после упорядочивания элементарных магнитов их магнитные поля сложатся. И если после действия внешнего поля упорядоченность сохранится, вещество останется магнитом. Описанный процесс называется намагничиванием.

Обозначьте полюса источника тока, питающего соленоид при указанном на рис. 24 взаимодействии. Порассуждаем: соленоид, в котором течет постоянный ток, ведет себя подобно магниту.

Рис. 24. Источник тока

По рис. 24 видно, что магнитная стрелка ориентирована южным полюсом в сторону соленоида. Одноименные полюса магнитов отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются. Отсюда следует, что левый полюс самого соленоида — северный (см. рис. 25).

Рис. 25. Левый полюс соленоида северный

Линии магнитной индукции выходят из северного полюса и входят в южный. Значит, поле внутри соленоида направлено влево (см. рис. 26).

Рис. 26. Поле внутри соленоида направлено влево

Ну а направление поля внутри соленоида определяется по правилу буравчика. Мы знаем, что поле направлено влево — значит, представим, что буравчик вкручивается в этом направлении. Тогда его рукоятка будет указывать направление тока в соленоиде — справа налево (см. рис. 27).

Направление тока определяется направлением перемещения положительного заряда. А положительный заряд перемещается от точки с большим потенциалом (положительный полюс источника) в точку с меньшим (отрицательный полюс источника). Следовательно, полюс источника, расположенный справа, — положительный, а слева — отрицательный (см. рис. 28).

Рис. 28. Определение полюсов источника

Задача 2

Рамка площадью 400 помещена в однородное магнитное поле индукцией 0,1 Тл так, что нормаль рамки перпендикулярна линиям индукции. При какой силе тока на рамку будет действовать вращающий момент 20 (см. рис. 29)?

Рис. 29. Рисунок к задаче 2

Порассуждаем: момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

В нашем случае все необходимые данные имеются. Остается выразить искомую силу тока и рассчитать ответ:

Задача решена.

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. — 2-е издание передел. — X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. — 464 с.
2. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. — М.: Просвещение, 2010.

1. Интернет портал «Гипермаркет знаний» ()
2. Интернет портал «Единая коллекция ЦОР» ()

Домашнее задание

Все формулы взяты в строгом соответствии с Федеральным институтом педагогических измерений (ФИПИ)

3.3 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

3.3.1 Механическое взаимодействие магнитов

Около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем. Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитная индукция B [Тл] — векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля.

Принцип суперпозиции магнитных полей — если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности:

Линии магнитного поля. Картина линий поля полосового и подковообразного постоянных магнитов

3.3.2 Опыт Эрстеда. Магнитное поле проводника с током. Картина линий поля длинного прямого проводника и замкнутого кольцевого проводника, катушки с током

Магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Опыт Эрстеда демонстрирует действие электрического тока на магнит. Если прямой проводник, по которому идёт ток, пропустить через отверстие в листе картона, на котором рассыпаны мелкие железные или стальные опилки, то они образуют концентрические окружности, центр которых располагается на оси проводника. Эти окружности представляют собой силовые линии магнитного поля проводника с током.

3.3.3 Сила Ампера, её направление и величина:

Сила Ампера — сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.

где I — сила тока в проводнике;

B

L — длина проводника, находящегося в магнитном поле;

α — угол между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

3.3.4 Сила Лоренца, её направление и величина:

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды. Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца. Сила Лоренца определяется соотношением:

где q — величина движущегося заряда;

V — модуль его скорости;

B — модуль вектора индукции магнитного поля;

α — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Обратите внимание, что сила Лоренца перпендикулярна скорости и поэтому она не совершает работы, не изменяет модуль скорости заряда и его кинетической энергии. Но направление скорости изменяется непрерывно.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v , и её направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В , перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного, например электрона), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца Fл .

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору то частица будет двигаться по окружности радиуса R.

«Определение магнитного поля» — По данным, полученным в ходе экспериментов, заполним таблицу. Ж. Верн. Когда мы подносим к магнитной стрелке магнит, она поворачивается. Графическое изображение магнитных полей. Ханс Кристиан Эрстед. Электрическое поле. Магнит имеет два полюса: северный и южный. Этап обобщения и систематизации знаний.

«Магнитное поле и его графическое изображение» — Неоднородное магнитное поле. Катушки с током. Магнитные линии. Гипотеза Ампера. Внутри полосового магнита. Разноименные магнитные полюса. Полярное сияние. Магнитное поле постоянного магнита. Магнитное поле. Земное магнитное поле. Магнитные полюсы. Биометрология. Концентрические окружности. Однородное магнитное поле.

«Энергия магнитного поля» — Скалярная величина. Расчёт индуктивности. Постоянные магнитные поля. Время релаксации. Определение индуктивности. Энергия катушки. Экстратоки в цепи с индуктивностью. Переходные процессы. Плотность энергии. Электродинамика. Колебательный контур. Импульсное магнитное поле. Самоиндукция. Плотность энергии магнитного поля.

«Характеристики магнитного поля» — Линии магнитной индукции. Правило Буравчика. Поворачиваются вдоль силовых линий. Компьютерная модель магнитного поля Земли. Магнитная постоянная. Магнитная индукция. Число носителей заряда. Три способа задать вектор магнитной индукции. Магнитное поле электрического тока. Ученый-физик Уильям Гильберт.

«Свойства магнитного поля» — Вид вещества. Магнитная индукция магнитного поля. Магнитная индукция. Постоянный магнит. Некоторые значения магнитной индукции. Магнитная стрелка. Громкоговоритель. Модуль вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Взаимодействие токов. Вращающий момент. Магнитные свойства вещества.

«Движение частиц в магнитном поле» — Спектрограф. Проявление действия силы Лоренца. Сила Лоренца. Циклотрон. Определение величины силы Лоренца. Контрольные вопросы. Направления силы Лоренца. Межзвёздное вещество. Задача эксперимента. Изменение параметров. Магнитное поле. Масс-спектрограф. Движение частиц в магнитном поле. Электронно-лучевая трубка.

Всего в теме 20 презентаций

Графическое изображение магнитного поля. Метод спектров. Линии магнитной индукции.

Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.

Однородные магнитные поля

В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.

Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.

В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.

Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.

Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.

Может ли магнитное поле быть однородным?

Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.

Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.

Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.

Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.

Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.

Таким образом, графическое изображение однородного магнитного поля в плоскости, перпендикулярной направлению магнитных линий, будет представлять собой равномерную матрицу точек или крестиков, в зависимости от направления магнитных линий от нас или же к нам.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Звуковой резонанс и интерференция звука на примере гитары
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspНаправление тока и направление линий его магнитного поля

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.

МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ

(или иначе линии магнитной индукции)

Как изобразить магнитное поле? — с помощью магнитных линий;
Магнитные линии, что это?

Это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты.

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;

Вокруг полосового магнита;

Вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые;густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, одинакова во всех точках этого поля по величине и направлению.

Где существует однородное магнитное поле?

Внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Что является источником магнитного поля?
2. Чем создаётся магнитное поле постоянного магнита?
3. Что такое магнитные линии? Что принимают за их направление в какой-либо её точке?
4. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле, линии которого прямолинейны; криволинейны?
5. 0 чём можно судить по картине линий магнитного поля?
6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита; вокруг прямолинейного проводника с током; внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?
7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля; однородного магнитного поля?
8. Чем отличается расположение магнитных линий в неоднородном и однородном магнитных полях?

Задание 2. Реши ребус.

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

http://class-fizika.narod.ru/9_29.htm

Магнитное поле порождается электрическим током. Магнитное поле порождается электрическим током. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу.

Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями. Магнитные линии это воображаем линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитные линии всегда замкнуты

Магнитные линии выходят из северного по люса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у с полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает.

Неоднородное и однородное магнитное поле Неоднородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по на­ правлению. Магнитные линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. Однородное магнитное поле В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Направление тока и направление линий его магнитного поля Правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока

Неоднородное и однородное магнитное поле

Правило буравчика

Правило правой руки

Действие магнитного поля на электрический ток

Правило левой руки

Индукция магнитного поля

Магнитный поток

Явление электромагнитной индукции

Вопросы и задания

Список литературы

Поскольку электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными. Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями. Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

• На рисунке показано магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная).

• По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля.

неоднородным. однородное

Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называют неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т.е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

• Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и наплавлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками.

правилом буравчика.

• Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике. Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называется правилом буравчика.

• Правило буравчика заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

• С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направлений линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это поле.

правилом правой руки.

• Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют

  правилом правой руки.

• Это правило читается так: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

• Соленоид, как и магнит, имеет полосы: тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, называется северным полюсом, а тот, в который входят, — южным.

• Зная направления тока в соленоиде, по правилу правой руки можно определить направление магнитных линий внутри него, а значит, и его магнитные полюсы и наоборот.

• Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре одиночного витка с током.

• На всякий проводник с током. Помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой. Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

• Магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток. Направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Правило:

• Правило:если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно зараженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 900 большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

• Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом В и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией).

Мы знаем, что магнитное поле может действовать с определенной силой на помещенный в него проводник с током. Отношение же модуля силы F к длине проводника l и силы тока I есть величина постоянная. Она не зависит ни от длины проводника, ни от силы тока в нем, это отношение зависит только от поля и может служить его количественной характеристикой. Эта величина и применяется за модуль вектора магнитной индукции:

• Таким образом, модуль вектора магнитной индукции В равен отношению модуля силы F , с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине l . В СИ единица магнитной индукции называется тесла (Тл) в честь югославского электроника Николы Тесла.

• Линиями магнитной индукции называется линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

п

На рисунке изображен проволочный контур, помещенный в однородное магнитное поле. Принято говорить, что контур в магнитном поле пронизывается определенными магнитным потоком Ф, или потоком вектора магнитной индукции. Поскольку поток пропорционален индукции, то при ее увеличении в п раз во столько же раз возрастает и магнитный поток, пронизывающий площадь S данного контура. Если плоскость контура перпендикулярна к линиям магнитной индукции, то при данной индукции В1 поток Ф, пронизывающий ограниченную этим контуром площадь S, максимален. При вращении контура вокруг оси проходящий сквозь него поток уменьшается и становиться равным нулю, когда плоскость контура располагается параллельно линиям магнитной индукции.Таким образом, магнитный проток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции В (б), площадь контура S(в), и при вращении контура (г), т.е. При изменении его ориентации по отношению к линиям индукции магнитного поля.

• Известно, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

• Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от гальванического элемента или аккумулятора.

На рисунке представлены магнитные линии. Магнитное поле

Темой этого урока будет магнитное поле и его графическое изображение. Мы обсудим неоднородное и однородное магнитное поле. Для начала дадим определение магнитному полю, расскажем, с чем оно связано и какими оно обладает свойствами. Научимся изображать его на графиках. Также узнаем, как определяется неоднородное и однородное магнитное поле.

Cегодня мы в первую очередь повторим, что такое магнитное поле. Магнитное поле — силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами .

Теперь необходимо отметить свойства магнитного поля . Вы знаете, что с зарядом связано несколько полей. В частности, электрическое поле. Но мы будем обсуждать именно магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами. У магнитного поля несколько свойств. Первое: магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами . Иными словами, магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Следующее свойство, которое говорит, как магнитное поле определяется. Определяется оно по действию на другой движущийся электрический заряд. Или, говорят, на другой электрический ток. Наличие магнитного поля мы можем определить по действию на стрелку компаса, на т.н. магнитную стрелку.

Еще одно свойство: магнитное поле оказывает силовое действие . Поэтому говорят, что магнитное поле материально.

Эти три свойства являются отличительными чертами магнитного поля. После того, как мы определились с тем, что такое магнитное поле, и определили свойства такого поля, необходимо сказать, как магнитное поле исследуют. В первую очередь магнитное поле исследуется при помощи рамки с током. Если мы возьмем проводник, сделаем из этого проводника круглую или квадратную рамку и по этой рамке будем пропускать электрический ток, то в магнитном поле эта рамка будет определенным образом поворачиваться.

Рис. 1. Рамка с током поворачивается во внешнем магнитном поле

По тому, как поворачивается эта рамка, мы можем судить о магнитном поле . Только здесь есть одно важное условие: рамка должна быть очень маленькая или она должна быть очень малых размеров по сравнению с расстояниями, на которых мы изучаем магнитное поле. Такую рамку называют контур с током.

Исследовать магнитное поле мы можем и при помощи магнитных стрелок, размещая их в магнитном поле и наблюдая за их поведением.

Рис. 2. Действие магнитного поля на магнитные стрелки

Следующее, о чем мы будем говорить, о том, как можно изобразить магнитное поле. В результате исследований, которые были проведены в течение долгого времени, стало понятно, что магнитное поле удобно изображать при помощи магнитных линий. Чтобы пронаблюдать магнитные линии , проделаем один эксперимент. Для нашего эксперимента потребуется постоянный магнит, металлические железные опилки, стекло и лист белой бумаги.

Рис. 3. Железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля

Магнит накрываем стеклянной пластиной, а сверху кладем лист бумаги, белый лист бумаги. Сверху на лист бумаги сыплем железные опилки. В результате будет видно, как проявляются линии магнитного поля. То, что мы увидим, — это линии магнитного поля постоянного магнита. Их еще называют иногда спектром магнитных линий. Заметьте, что линии существуют по всем трем направлениям, не только в плоскости.

Магнитная линия — воображаемая линия, вдоль которой выстраивались бы оси магнитных стрелок.

Рис. 4. Схематическое изображение магнитной линии

Посмотрите, на рисунке представлено следующее: линия изогнутая, направление магнитной линии определяется направлением магнитной стрелки. Направление указывает северный полюс магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии именно при помощи стрелок.

Рис. 5. Как обозначается направление силовых линий

Теперь поговорим о свойствах магнитных линий. Во-первых, у магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это линии замкнутые. Раз магнитные линии замкнуты, то не существует магнитных зарядов.

Второе: это линии, которые не пересекаются, не прерываются, не свиваются каким-либо образом. При помощи магнитных линий мы можем характеризовать магнитное поле, представить себе не только его форму, но и говорить о силовом воздействии. Если изображать большую густоту таких линий, то в этом месте, в этой точке пространства, у нас силовое действие будет больше.

Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно . Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным . В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.

Рис. 6. Неоднородное магнитное поле

Во-первых, теперь мы уже знаем, что магнитные линии можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.

На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.

Рис. 7. Однородное магнитное поле

Однородное магнитное поле — это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.

Список дополнительной литературы:

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. — М., 1974

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!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма. Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи .

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 теслах (Тл).

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.

Из курса физики 8 класса вы знаете, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создаётся электронами, направленно движущимися вдоль проводника. Магнитное поле возникает и в том случае, когда ток проходит через раствор электролита, где носителями зарядов являются положительно и отрицательно заряженные ионы, движущиеся навстречу друг другу.

Поскольку электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создаётся движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Напомним, что, согласно гипотезе Ампера, в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи.

На рисунке 85 показано, что в постоянных магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Рис. 85. Иллюстрация гипотезы Ампера

Для наглядного представления магнитного поля используются магнитные линии (их называют также линиями магнитного поля) 1 . Напомним, что магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещённые в магнитное поле.

Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле.

На рисунке 86 показано, что магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

Рис. 86. В любой точке магнитной линии касательная к ней совпадает с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Из рисунка 86 видно, что за направление магнитной линии в какой-либо её точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее. Например, поле, изображённое на рисунке 87, слева сильнее, чем справа.

Рис. 87. Магнитные линии ближе друг к другу в тех местах, где магнитное поле сильнее

Таким образом, по картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких — с меньшей).

Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита (рис. 88). Из курса физики 8 класса вы знаете, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.

Рис. 88. Картина магнитного поля постоянного полосового магнита

Рис. 89. Магнитные линии магнитного поля,созданного прямолинейным проводником с током

Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на неё поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.

Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещённую в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Ещё одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке 89 изображён участок такого проводника, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам, как будто мы видим остриё стрелы, указывающей направление тока (ток, направленный от нас за чертёж, обозначают крестиком, как будто мы видим хвостовое оперение стрелы, направленной по току).

Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

На рисунке 90 показано магнитное поле, возникающее внутри соленоида — проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Из этого рисунка видно, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Рис. 90. Магнитное поле соленоида

Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (см. рис. 88).

Для изображения магнитного поля пользуются следующим приёмом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертёж, то их изображают крестиками (рис. 91, а), а если из-за чертежа к нам — то точками (рис. 91, б). Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — остриё стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

Рис. 91. Линии магнитного поля, направленные перпендикулярно плоскости чертежа: а — от наблюдателя; б — к наблюдателю

Вопросы

1. Что является источником магнитного поля?
2. Чем создаётся магнитное поле постоянного магнита?
3. Что такое магнитные линии? Что принимают за их направление в какой-либо её точке?
4. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле, линии которого прямолинейны; криволинейны?
5. 0 чём можно судить по картине линий магнитного поля?
6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита; вокруг прямолинейного проводника с током; внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?
7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля; однородного магнитного поля?
8. Чем отличается расположение магнитных линий в неоднородном и однородном магнитных полях?

Упражнение 31

1 В § 37 будет дано более точное название и определение этих линий.

Каталог заданий.
Задания Д13. Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

По лёгкой про­во­дя­щей рамке, рас­по­ло­жен­ной между по­лю­са­ми под­ко­во­об­раз­но­го магнита, про­пу­сти­ли элек­три­че­ский ток, на­прав­ле­ние ко­то­ро­го ука­за­но на ри­сун­ке стрелками.

Решение.

Магнитное поле будет на­прав­ле­но от се­вер­но­го по­лю­са маг­ни­та к юж­но­му (перпендикулярно сто­ро­не АБ рамки). На сто­ро­ны рамки с током дей­ству­ет сила Ампера, на­прав­ле­ние ко­то­рой опре­де­ля­ет­ся по пра­ви­лу левой руки, а ве­ли­чи­на равна где — сила тока в рамке, — ве­ли­чи­на маг­нит­ной ин­дук­ции поля магнита, — длина со­от­вет­ству­ю­щей сто­ро­ны рамки, — синус угла между век­то­ром маг­нит­ной ин­дук­ции и на­прав­ле­ни­ем тока. Таким образом, на АБ сто­ро­ну рамки и сто­ро­ну па­рал­лель­ную ей будут дей­ство­вать силы, рав­ные по величине, но про­ти­во­по­лож­ные по на­прав­ле­нию: на левую сто­ро­ну «от нас», а на пра­вую «на нас». На осталь­ные сто­ро­ны силы дей­ство­вать не будут, по­сколь­ку ток в них течет па­рал­лель­но си­ло­вым ли­ни­ям поля. Таким об­ра­зом рамка начнёт вра­щать­ся по ча­со­вой стрелке, если смот­реть сверху.

По мере по­во­ро­та направление силы будет ме­нять­ся и в тот момент, когда рамка повернётся на 90° вра­ща­ю­щий момент сме­нит направление, таким образом, рамка не будет про­во­ра­чи­вать­ся дальше. Не­ко­то­рое время рамка будет ко­ле­бать­ся в таком положении, а затем ока­жет­ся в положении, ука­зан­ном на ри­сун­ке 4.

Ответ: 4

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.

По ка­туш­ке идёт элек­три­че­ский ток, на­прав­ле­ние ко­то­ро­го по­ка­за­но на рисунке. При этом на кон­цах же­лез­но­го сер­деч­ни­ка катушки

1) образуются маг­нит­ные полюса: на конце 1 — се­вер­ный полюс; на конце 2 — южный

2) образуются маг­нит­ные полюса: на конце 1 — южный полюс; на конце 2 — северный

3) скапливаются элек­три­че­ские заряды: на конце 1 — от­ри­ца­тель­ный заряд; на конце 2 — положительный

4) скапливаются элек­три­че­ские заряды: на конце 1 — по­ло­жи­тель­ный заряд; на конце 2 — отрицательны

Решение.

При дви­же­нии за­ря­жен­ных ча­стиц все­гда воз­ни­ка­ет маг­нит­ное поле. Вос­поль­зу­ем­ся пра­ви­лом пра­вой руки для опре­де­ле­ния на­прав­ле­ния век­то­ра маг­нит­ной индукции: на­пра­вим паль­цы по линии тока, тогда ото­гну­тый боль­шой палец ука­жет на­прав­ле­ние век­то­ра маг­нит­ной индукции. Таким образом, линии маг­нит­ной ин­дук­ции на­прав­ле­ны из конца 1 к концу 2. Линии маг­нит­но­го поля вхо­дят в южный маг­нит­ный полюс и вы­хо­дят из северного.

Правильный ответ указан под номером 2.

Примечание.

Внутри магнита (катушки) линии маг­нит­но­го поля идут от южного полюса к северному.

Ответ: 2

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326., ОГЭ-2019. Основная волна. Вариант 54416

На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

Решение.

Поскольку магнитные линии замкнуты, полюса не могут быть одновременно южными или северными. Буква N (North) обозначает северный полюс, S (South) — южный. Северный полюс притягивается к южному. Следовательно, область 1 — южный полюс, область 2 — северный полюс.

Определение магнитного поля B — магнетизм

Магнит или электрический ток создают магнитное поле, которое можно визуализировать как серию круговых силовых линий вокруг сегмента провода.

Все магниты имеют два полюса: один называется северным полюсом, а другой — южным. Подобные полюса отталкиваются, а непохожие — притягиваются (по аналогии с положительными и отрицательными зарядами в электростатике). Северный и южный полюса всегда существуют парами (в природе нет магнитных монополей), поэтому, если бы один постоянный магнит разделил пополам, были бы созданы два меньших магнита, каждый с северным полюсом и южным полюсом.

Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле ( B-field ) для представления магнитных сил. Направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса, или направление от северного полюса к южному полюсу магнита.

Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства
2.Сила поля пропорциональна близости линий.
3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекать
4. Силовые линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительной и отрицательной

.

Практические вопросы

Ханская академия

Официальная подготовка MCAT (AAMC)

Ключевые точки

• Направление магнитного поля совпадает с направлением стрелки компаса, которое касается линии магнитного поля в любой заданной точке.

• Сила B-поля обратно пропорциональна расстоянию между силовыми линиями. Оно точно пропорционально количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям.

• Линия магнитного поля никогда не может пересекать другую линию поля. Магнитное поле уникально в каждой точке космоса.

• Силовые линии магнитного поля непрерывны и непрерывны, образуя замкнутые контуры. Линии магнитного поля начинаются на северном полюсе магнита и заканчиваются на южном полюсе.

Ключевые термины

B-field: Синоним магнитного поля.

Линии магнитного поля: Графическое представление величины и направления магнитного поля.

Магнитное поле,

Магнитный Поле,

термин магнетизм происходит из региона Магнезия, города в Западной Турции, где греки нашли магниты, которые притягивали куски железа через Космос.Также наблюдается, что, магниты притягивают и отталкивают. Мы может объяснить эту двойственную природу магнитной силы, предположив, что каждый магнит имеет два полюса, северный полюс (N) и южный полюс (S). Во время занятий вы заметите две вещи:

1) Когда два магнита приближаются друг к другу, как отталкивающиеся полюса; противоположные полюса привлекать.

2) Когда магнит подносят к железке, железо тоже притягивается к магнит, и он приобретает такую ​​же способность притягивать другие железки.

ср хотелось бы представить это силовое воздействие магнита на железоподобные предметы с помощью понятие называется магнитным полем. В понятие поля можно лучше понять, если вспомнить гравитационную силу Земли на объект рядом с ней. Мы говорим что простое присутствие Земли создает гравитационное поле в окружающем пространство, и что мы можем изобразить этот гравитационный силовой эффект линиями начиная с Земли и уходя радиально в бесконечность.

Луна попадает в поле Земли. Так же, Космонавт в космическом путешествии ощущает притяжение Земли. Космический шаттл также находится в области Земли. В причина, по которой они не падают, выходит за рамки этого курса, но я объясните для полноты. Никто из них падают на Землю, потому что все они имеют достаточную горизонтальную скорость, чтобы Земля. Если бы вы могли горизонтально бросать бейсбольный мяч со скоростью 18 000 миль / ч, я бы также Земля и вернусь к вам.Поэтому мы представляют притягивающую силу притяжения Земли с силовыми линиями. Направление линий поля обозначает направление силы, которое тело будет испытывать вокруг Земли, и плотность силовые линии (насколько близко они разделены) представляет силу сила. Например, вы ближе к Земля, сильнее сила.

Аналогично, магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве, в котором он магнитно влияет на любой другой магнитный материал.Сила представлена ​​плотностью магнитного поля. линий. Линии магнитного поля замкнуты кривые, выходящие из Северного полюса и входящие в Южный полюс, когда вы следуете за ними снаружи магнит.

А компас, который сам по себе является маленьким магнитом, расположен параллельно магнитному полюсу. линии поля в точке его размещения. Кончик стрелки — это северный магнитный полюс, а ее конец — это Южный магнитный полюс.

Строительными блоками магнитов являются атомы, которые представляют собой маленькие крошечные магниты. Что касается магнетизма, мы можем рассматривать атом как крошечный компас / магнит, указывающий на север направление. Позже мы увидим, что движение электронов (движущийся электрический заряд) — основная причина магнетизм. Для практических целей мы могут сосредоточиться на кластере атомов, называемом магнитных доменов , которые выровнен в определенном направлении. Каждый домен может состоять из миллиардов ориентированных атомов.В нормальных условиях магнитный материал, такой как железо, не ведут себя как магнит, потому что домены не имеют предпочтительного направления выравнивание. С другой стороны, домены магнита (или намагниченного железа) все выровнены в определенных направление. Домены отделены от соседние домены — доменными стенками. В общем, выравнивание внутри домена одинаково для всех атомов этого домена. домен. Однако атомы одного домена выровнены в другом направлении, чем атомы другого домен.Эта ситуация обрисована в общих чертах ниже для магнитного материала, намагниченного материала и для немагнитного материал. Немагнитный материал не имеет доменной структуры.

доменов можно вызвать выравнивание. Рассмотрим обычный железный гвоздь. Его домены ориентированы случайным образом, как на первом рисунке выше. Если вы принесете магнит рядом, то области железного гвоздя выровняются таким образом, что северный полюс железа домены будут обращены к южному полюсу магнита и наоборот.

Когда вы снимаете магнит, гвоздь становится постоянным магнит на время. Тепловое движение (помните, чем выше температура, тем быстрее движутся атомы) атомов в конечном итоге может привести к тому, что большинство атомов вернутся к случайной ориентации. Кроме того, падение магнита не только вы нарушите его, но вы также разрушите выравнивание домена.

Другой способ сделать постоянный магнит — погладить железку (или железную стружку что вы будете делать как занятие) с помощью магнита.Железное бритье ведет себя как крошечный магниты.

Электромагнит:

А катушки из проволоки, подобные показанной на рисунке ниже, также могут производить магнитные поле, подобное магнитному. Если внутри, если катушки заполнены железным сердечником, магнитное поле даже становится сильнее за счет дополнительного магнетизма от утюга.

Факты о магнитном поле для детей

Магнитное поле — это область вокруг магнита, в которой действует магнитная сила.Движущиеся электрические заряды могут создавать магнитные поля. Магнитные поля обычно можно увидеть по линиям магнитного потока. Всегда направление магнитного поля показано направлением линий магнитного потока. Сила магнита связана с промежутками между линиями магнитного потока. Чем ближе магнитные линии друг к другу, тем сильнее магнит. Чем дальше они находятся, тем слабее. Линии потока можно увидеть, поместив железные опилки над магнитом. Железные опилки перемещаются и складываются в линии.Магнитные поля дают энергию другим частицам, которые касаются магнитного поля.

В физике магнитное поле — это поле, которое проходит через пространство и заставляет магнитную силу перемещать электрические заряды и магнитные диполи. Магнитные поля связаны с электрическими токами, магнитными диполями и изменяющимися электрическими полями.

При помещении в магнитное поле магнитные диполи находятся на одной линии, а их оси параллельны силовым линиям, что можно увидеть, когда железные опилки находятся в присутствии магнита.Магнитные поля также имеют свою собственную энергию и импульс с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Магнитное поле измеряется в единицах тесла (единицы СИ) или гаусс (единицы сгс).

Есть несколько особых видов магнитного поля. Для физики магнитных материалов см магнетизм и магнит, а точнее диамагнетизм. Для магнитных полей, созданных изменением электрических полей, см электромагнетизм.

Электрическое поле и магнитное поле являются составляющими электромагнитного поля.

Закон электромагнетизма был основан Майклом Фарадеем.

H-поле

Модель магнитного полюса : два противоположных полюса, Северный (+) и Южный (-), разделенные расстоянием d, создают поле H (линии).

Физики могут сказать, что сила и крутящие моменты между двумя магнитами вызваны отталкиванием или притяжением магнитных полюсов. Это похоже на то, что кулоновская сила отталкивает одни и те же электрические заряды или притягивает противоположные электрические заряды.В этой модели магнитное поле H создается магнитными зарядами , которые «размазаны» вокруг каждого полюса. Таким образом, H-поле похоже на электрическое поле E , которое начинается с положительного электрического заряда и заканчивается отрицательным электрическим зарядом. Рядом с северным полюсом все линии H-поля направлены в сторону от северного полюса (внутри магнита или снаружи), а около южного полюса (внутри магнита или снаружи) все линии H-поля направлены к южному полюсу. Таким образом, северный полюс чувствует силу в направлении H-поля, в то время как сила на южном полюсе противоположна H-полю.

В модели магнитного полюса элементарный магнитный диполь м образован двумя противоположными магнитными полюсами с силой полюса q _м , разделенными очень малым расстоянием d, так что m = q _м d.

К сожалению, магнитные полюса не могут существовать отдельно друг от друга. Все магниты имеют пары север / юг, которые нельзя разделить без создания двух магнитов, каждый из которых имеет пару север / юг. Кроме того, магнитные полюса не учитывают ни магнетизм, создаваемый электрическими токами, ни силу, которую магнитное поле прилагает к движущимся электрическим зарядам.

Связанные страницы

Картинки для детей

• Один из первых рисунков магнитного поля, сделанный Рене Декартом в 1644 году, на котором Земля притягивает магнитные камни. Это проиллюстрировало его теорию о том, что магнетизм был вызван циркуляцией крошечных спиральных частиц, «частей с резьбой», через поры с резьбой в магнитах.

• Направление силовых линий магнитного поля представлено выравниванием железных опилок, посыпанных на бумагу, помещенную над стержневым магнитом.

Магнитное поле и силовые линии

Вопрос 1 Что такое магнит?

Вопрос 2 Дайте определение термину магнитное поле?

Вопрос 3 Определить магнитную силу?

Вопрос 4 Что такое магнитные силовые линии?

Вопрос 5 Что обозначают очень близкие линии поля?

Вопрос 6 Определить однородное магнитное поле?

Вопрос 7 Определить неоднородное магнитное поле?

Вопрос 8 Нарисуйте узор силовых линий от стержневого магнита?

Вопрос 9 Назовите любые два свойства силовых линий магнитного поля?

Магнитные эффекты электрического тока

Вещество, которое при свободном подвешивании притягивает куски железа и указывает в направлении север-юг, называется Магнит .

В 1819 году Ганс Кристиан Эрстед обнаружил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Когда электрический ток проходит через цепь, положение стрелки компаса меняется. Таким образом, мы можем сказать, что электричество и магнетизм связаны друг с другом.

Магнитное поле и силовые линии

Когда стержневой магнит свободно подвешен к его центру на нити, один конец магнита указывает на север от Земли, называемый Северный полюс поиска или Северный полюс , а другой конец магнита указывает на юг от Земли, называемый Южный поиск. полюс или южный полюс.

Как магниты Отталкивают друг друга, тогда как в отличие от магнита притягивают друг друга.

Сила, с которой магнитный полюс одного магнита отталкивает или притягивает другой магнитный полюс другого магнита, называется магнитной силой .

Пространство или область вокруг магнита, в которой его влияние может ощущаться другим магнитом, называется магнитным полем .

->

Обозначается символом B

Чтобы определить местонахождение магнитного поля стержневого магнита, мы используем железную начинку или магнитный компас.

Магнитное поле представлено серией линий вокруг магнита.

Путь, по которому движется северный полюс в магнитном поле, называется магнитными силовыми линиями или линией магнитного поля.

Они показывают направление и силу магнитного поля.

Если силовые линии магнитного поля очень близки друг к другу в определенной области, то сила магнитного поля в этой области очень велика.

Если силовые линии магнитного поля находятся далеко друг от друга в определенной области, то сила магнитного поля в этой области очень мала.

Силовые линии магнитного поля представляют собой замкнутые непрерывные кривые.

Нет 2 магнитных линий пересекаются друг с другом.

Магнитное поле однородное , если его величина и направление одинаковы в каждой точке пространства.

Магнитное поле неоднородно , если его величина не одинакова и направление не одинаково во всех точках пространства.

За направление магнитного поля принято направление, в котором внутри него движется северный полюс стрелки компаса.

Силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в магнит на южном полюсе. Внутри магнита направление силовой линии — от южного полюса к северному полюсу.

Магнитных линий Силы | Магнитное поле

Когда по проводу течет ток , вокруг провода создается магнитный эффект, который называется магнитным полем . Магнитное поле определяется направлением, а также величиной.

На следующем рисунке показано магнитное поле стержневого магнита с помощью силовых линий, исходящих от Северного полюса и заканчивающихся на Южном полюсе.

Сила магнитного поля в основном зависит от величины тока и расстояния от проводника с током.

Притяжение и отталкивание

Когда противоположные полюса магнитов расположены в непосредственной близости, их силовые линии реагируют, как показано на следующем рисунке. Обратите внимание на притяжение между полюсами.

Обратный эффект возникает, когда одинаковые полюса размещаются близко друг к другу, как показано на рисунке.{2}}} $

Где

$ k = \ frac {1} {4 \ pi \ mu} $

M ₁ и M ₂ — сила магнитных полюсов, а r — расстояние между магнитными полюсами. . Постоянный член k зависит от среды, разделяющей полюса. Эта зависимость также отражается константой, которая называется абсолютной проницаемостью. Обратите внимание, что уравнение силы для магнитных полюсов имеет ту же форму, что и уравнение Кулона для электрических зарядов.

Вы также можете прочитать:

Определение магнитного потока и единица

Определение плотности магнитного потока и единица

Определение интенсивности магнитного потока и единица

Магнитные линии силы

Магнитные силовые линии используются для представления магнитного поля. поле.Фарадей ввел идею силовых линий, чтобы упростить анализ магнитных полей. Следует помнить, что поле непрерывно и существует между силовыми линиями, а также вдоль них.

Силовые магнитные линии Свойства

1. Они образуют замкнутые пути. (Они перемещаются с севера на Южный полюс вне материала и с юга на Северный полюс внутри материала).
2. Они отталкивают других от земли (стремятся разделиться).
3. Они стремятся выбрать кратчайший путь.
4. Они не пересекаются друг с другом из-за тенденции к разделению.

Магнитное поле | Инжиниринг | Fandom

Ток, протекающий по проводу, создает вокруг него магнитное поле (M). Поле ориентировано по правилу правой руки.

В физике магнитное поле — это сущность, созданная движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), которая оказывает силу на другие движущиеся заряды.

Разъяснение []

(Квантовая механика | квантово-механический [1] спин [2] частицы создает магнитные поля, и они действуют на него, как если бы это был ток; это объясняет поля, создаваемые «постоянным» ферромагнетизмом [3].) Магнитное поле является векторным полем [4]: ​​оно связывает с каждой точкой в ​​пространстве (псевдовектор [5] -) вектор (пространственный) [6], который может изменяться во времени. Направление поля — это направление равновесия стрелки компаса, помещенной в поле.

Символы и терминология []

Магнитное поле обычно обозначается символом. Исторически ее называли плотностью магнитного потока [7] или магнитной индукцией . Отдельная величина, была названа магнитным полем , и эта терминология до сих пор часто используется для различения этих двух значений в контексте магнитных материалов (нетривиальная магнитная проницаемость μ).В противном случае, однако, это различие часто игнорируется, и обе величины часто упоминаются как «магнитное поле». (Некоторые авторы вместо этого называют H вспомогательным полем .) В линейных материалах, таких как воздух или свободное пространство, эти две величины линейно связаны:

где — магнитная проницаемость (в генри на метр) среды.

В единицах СИ и измеряются в теслах (Т) и амперах на метр (А / м), соответственно; или, в единицах cgs, в гауссах (G) и эрстедах (эрстедах), соответственно.Два параллельных провода, по которым проходит электрический ток в одном и том же смысле, будут генерировать магнитное поле, которое вызовет силу притяжения друг к другу. Этот факт используется для получения значения в амперах электрического тока. Обратите внимание, что в то время как одинаковые заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются, для токов справедливо обратное: если ток в одном из двух параллельных проводов меняется на противоположный, два будут отталкиваться.

Определение []

Подобно электрическому полю, магнитное поле может быть определено силой, которую оно производит.В единицах СИ это:

где

F — создаваемая сила, измеренная в ньютонах

— векторное произведение

— электрический заряд, на который действует магнитное поле, измеренный в кулонах

— скорость электрического заряда , измеряется в метрах в секунду

B — плотность магнитного потока, измеряемая в теслах

Этот закон называется законом силы Лоренца [8] .(Точнее, это частный случай этого закона, когда нет электрического поля. Он выполняется в любой системе отсчета [9], хотя сила, создаваемая магнитным полем, может быть разной в разных системах отсчета, потому что магнитные поля преобразуются в электрические поля при преобразованиях Лоренца [10]. Полная сила, создаваемая электрическими магнитными полями и , определяется преобразованием Лоренца.)

Токовая петля []

Более простая форма уравнения силы в проводной токовой петле:

где

F = сила (ньютон)

B = плотность потока (тесла)

L = длина провода (метр)

i = ток в проводе (амперы)

Более сложное объяснение состоит в том, что если движущийся заряд является частью тока в проводе, то эквивалентная форма закона будет

На словах это уравнение говорит, что сила, приходящаяся на единицу длины провода, представляет собой перекрестное произведение вектора тока и магнитного поля.В приведенном выше уравнении вектор тока, является вектором с величиной, равной обычному скалярному току, и направлением, указывающим вдоль провода, по которому течет ток.

Магнитное поле, генерирующее точечный заряд []

Поле можно вычислить как сумму вкладов отдельных заряженных частиц. Плотность магнитного потока точечного заряда составляет:

который для постоянных скоростей может быть расширен до закона Био-Савара [11]:

— электрический заряд, генерирующий магнитное поле, измеренный в кулонах

— скорость генерируемого электрического заряда B , измеренная в метрах в секунду

B — плотность магнитного потока , измеряется в теслах

Свойства []

Изменяющиеся магнитные поля, согласно закону индукции Фарадея [12], могут индуцировать электрическое поле и, следовательно, электрический ток; подобные токи могут быть вызваны проводниками, движущимися в фиксированном магнитном поле.Эти явления лежат в основе многих электрогенераторов и электродвигателей. См. Также [13]

Силовые линии магнитного поля []

Силовые линии магнитного поля исходят в основном от северного полюса магнита и изгибаются к южному полюсу. Их можно выявить, рассыпав железные опилки на листе бумаги над магнитом.

Неправильная маркировка полюсов []

Необходимо отметить, что обозначение севера и юга на компасе противоположно обозначению северного и южного полюсов Земли.

Если у вас есть два помеченных магнита, ясно, что одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные полюса притягиваются. Однако это явно неверно при использовании компаса для поиска Северного полюса Земли, потому что «северный» конец компаса указывает на «северный» полюс.

По соглашению полюс магнита обозначается в соответствии с направлением, которое он указывает, поэтому, когда мы говорим о «северном полюсе» магнита, мы на самом деле имеем в виду «полюс, направленный на север». Линии магнитного поля направлены с севера на юг от магнита, и, следовательно, естественные линии магнитного поля проходят с юга на север вдоль поверхности Земли.Этот выбор, наряду с выбором соглашения о знаке в законе Био-Савара, эквивалентен выбору соглашения о знаке для электрического заряда.

Вращающиеся магнитные поля []

Вращающееся магнитное поле — это магнитное поле, полярность которого вращается с нерелятивистскими скоростями. Это ключевой принцип работы двигателя переменного тока. Постоянный магнит в таком поле будет вращаться, чтобы поддерживать свое выравнивание с внешним полем. Этот эффект используется в электродвигателях переменного тока.Хорошее вращающееся магнитное поле можно создать, используя трехфазные переменные токи (или даже многофазные системы более высокого порядка). Синхронные двигатели и асинхронные двигатели используют вращающиеся магнитные поля статора для вращения роторов.

См. Также []

Магнитное поле [14]

Что такое магнитное поле?

Что такое магнитное поле? Как мы можем измерить его и увидеть его силы?

«Магнитное поле — это область вокруг магнита, магнитного объекта или электрического заряда, в которой действует магнитная сила.”

А?

Скажем так. Невидимая область вокруг магнитного объекта, которая может притягивать к себе другой магнитный объект или отталкивать другой магнитный объект от себя, называется магнитным полем . Это что-то вроде тех невидимых «силовых полей», которые окружают объект невидимой силой в научно-фантастических фильмах и книгах.

Звучит как волшебство, правда? Итак, как это работает? Ниже приведены пять вопросов (и ответов!), Которые вы всегда хотели задать о магнитных полях:

1. Что создает магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимся электрическим зарядом.Когда электроны с отрицательным зарядом движутся определенным образом, может создаваться магнитное поле. Эти поля могут создаваться внутри атомов магнитных объектов или внутри проводов (электромагнетизм).

2. Как измерить магнитное поле?

Мы измеряем магнитное поле по его силе и по направлению, которое оно указывает.

Каждое магнитное поле немного отличается. Некоторые магнитные поля большие, некоторые сильные, некоторые маленькие, а некоторые слабые.Например, магнитное поле Земли большое, но слабое.

Физическая близость (насколько близко или далеко) действительно имеет значение для магнетизма. Чем ближе вы стоите к магниту, тем сильнее будет магнитное поле. Чем дальше вы находитесь от магнита, тем слабее становится магнитное поле. (Магнитное поле никогда не заканчивается — оно просто становится все слабее и слабее, чем дальше вы уходите, в принципе, даже до бесконечности!)

Предположим, вы положили скрепку на стол. Если вы возьмете магнит и встанете с другой стороны комнаты от стола, скрепка отреагирует на магнитное поле вокруг магнита (хотя, вероятно, незаметно), но реакция будет очень и очень слабой.Однако, если вы подойдете ближе, поместите магнит на стол и сдвинете его к скрепке, будет точка, в которой скрепка соскочит со стола и полетит по воздуху к магниту! В этот момент магнитное поле будет достаточно сильным, чтобы преодолеть силы тяжести и трения, которые раньше препятствовали перемещению скрепки. (Это также отличный пример того, как магнитные силы могут вызывать движение!)

Гигантский магнит-подкова, притягивающий скрепку

3. Какие единицы мы используем для измерения напряженности магнитного поля?

Сила магнитного поля, называемая плотностью магнитного потока , измеряется в единицах Тесла (Международная система измерений или СИ). Есть также много других единиц и терминов, используемых в области электромагнетизма, в том числе Вебера, Максвелла, Гаусса и даже гамма 10 ⁹ !

4. Как мы можем «увидеть» силы в магнитном поле?

Иногда мы рисуем силовых линии , чтобы показать направление сил в разных местах магнитного поля.Силовые линии выходят из магнита на его северном полюсе, перемещаются по воздуху и снова входят в магнит через его южный полюс. Полевые линии не начинаются в одном месте и не заканчиваются в другом; магниты движутся по «замкнутым путям», что означает, что они будут продолжать двигаться по одному и тому же пути снова и снова.

Силовые линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

Помните, что магнитное поле присутствует повсюду вокруг магнита, не только вдоль линий поля, которые мы проводим, но даже между линиями поля.Линии просто помогают нам визуализировать направление потока поля в различных местах вокруг магнита и даже внутри магнита.

Железные опилки, насыпанные на лист бумаги поверх стержневого магнита

Отличный способ увидеть силовые линии в магнитном поле — использовать железные опилки. Положите стержневой магнит на стол и накройте его листом бумаги. Затем насыпьте опилки на бумагу и наблюдайте, как они образуют узоры из линий, которые близко друг к другу на одном полюсе, более расходятся, когда они покидают этот полюс, и снова сближаются на другом полюсе магнита.Опилки выстраиваются вдоль силовых линий магнитного стержня!

5. Магнитные силы проникают не только в воздух?

Да! В эксперименте с железными опилками магнитные силы стержневого магнита воздействовали на опилки через лист бумаги. Магниты на холодильник делают то же самое, когда используются для отображения листа бумаги. Поднятие цепочки скрепок с помощью магнита показывает нам, что магнитные поля могут распространяться даже через сталь, от скрепки до скрепки!

Магнитные силы могут проникать в бумагу.Показаны магниты героев.

Угадайте, что? Силы магнитного поля могут проникать также через воду и многие другие вещества… даже через вашу руку!

(Показан магнитный жезл. Активность из набора Chunky Magnet Set.)

Магнитные силы могут проникать через воду… и многие другие вещества!

Магнитные силы, пронизывающие руку! (Показаны магнитная палочка и стержневой магнит Север-Юг.Активность из набора Chunky Magnet Set.)

Теги: стержневой магнит, Dowling Magnets, подковообразный магнит, магнитное поле, силовые линии магнитного поля, Магнитное силовое поле, магнитные объекты, измерение магнитного поля

Поделиться:

.