Магнитное поле проводника с током и способы его усиления

Магнитное поле проводника с током. При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле (рис. 38). Магнитные силовые линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током.

Направление магнитного поля вокруг проводника с током всегда находится в строгом соответствии с направлением тока, проходящего по проводнику. Направление магнитных силовых линий можно определить по правилу буравчика. Его формулируют следующим образом. Если поступательное движение буравчика 1 (рис. 39, а) совместить с направлением тока 2 в проводнике 3, то вращение его рукоятки укажет направление силовых линий 4 магнитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость листа книги (рис. 39, б), то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке.

Если ток по проводнику проходит по направлению от плоскости листа книги к нам, то магнитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки. Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.

По мере удаления от проводника магнитные силовые линии располагаются реже. Следовательно, индукция магнитного поля и его напряженность уменьшаются. Напряженность магнитного поля в пространстве, окружающем проводник,

H = I/(2πr) (44)

Максимальная напряженность Н_max имеет место на внешней поверхности проводника 1 (рис. 40). Внутри проводника также

Рис. 38. Магнитное поле вокруг прямолинейного проводника с током

Рис. 39. Определение направления магнитного поля по правилу буравчика.

Рис. 40. Кривая распределения напряженности магнитного поля Н вокруг и внутри проводника с током.

Рис. 41. Магнитные поля, созданные витком с током (а) и катушкой (б)

Рис. 42. Электромагниты с разомкнутым (а) и замкнутым (б) магнитопроводом

Рис. 43. Определение полярности электромагнита с помощью правой руки

возникает магнитное поле, но напряженность его линейно уменьшается по направлению от внешней поверхности к оси (кривая 2). Магнитная индукция поля вокруг и внутри проводника изменяется таким же образом, как и напряженность.

Способы усиления магнитных полей. Для получения сильных магнитных полей при небольших токах обычно увеличивают число проводников с током и выполняют их в виде ряда витков; такое устройство называют обмоткой, или катушкой.

При проводнике, согнутом в виде витка (рис. 41, а), магнитные поля, образованные всеми участками этого проводника, будут внутри витка иметь одинаковое направление. Поэтому интенсивность магнитного поля внутри витка будет больше, чем вокруг прямолинейного проводника. При объединении витков в катушку магнитные поля, созданные отдельными витками, складываются (рис. 41, б) и их силовые линии соединяются в общий магнитный поток. При этом концентрация силовых линий внутри катушки возрастает, т. е. магнитное поле внутри нее усиливается. Чем больше ток, проходящий через катушку, и чем больше в ней витков, тем сильнее создаваемое катушкой магнитное поле. Магнитное поле снаружи катушки также складывается из магнитных полей отдельных витков, однако магнитные силовые линии располагаются не так густо, вследствие чего интенсивность магнитного поля там не столь велика, как внутри катушки. Магнитное поле катушки, обтекаемой током, имеет такую же форму, как и поле прямолинейного постоянного магнита (см. рис. 35, а): силовые магнитные линии выходят из одного конца катушки и входят В другой ее конец. Поэтому катушка, обтекаемая током, представляет собой искусственный электрический магнит. Обычно для усиления магнитного поля внутрь катушки вставляют стальной сердечник; такое устройство называется электромагнитом.

Электромагниты нашли чрезвычайно широкое применение в технике. Они создают магнитное поле, необходимое для работы электрических машин, а также электродинамические усилия, требуемые. Для работы различных электроизмерительных приборов и электрических аппаратов.

Электромагниты могут иметь разомкнутый или замкнутый магнитопровод (рис. 42). Полярность конца катушки электромагнита можно определить, как и полярность постоянного магнита, при помощи магнитной стрелки. К северному полюсу она поворачивается южным концом. Для определения направления магнитного поля, создаваемого витком или катушкой, можно использовать также правило буравчика. Если совместить направление вращения рукоятки с направлением тока в витке или катушке, то поступательное движение буравчика укажет направление магнитного поля. Полярность электромагнита можно определить и с помощью правой руки.

Для этого руку надо положить ладонью на катушку (рис. 43) и совместить четыре пальца с направлением в ней тока, при этом отогнутый большой палец покажет направление магнитного поля.

Метки: магнитное полеМагнитное поле проводникаМагнитное поле проводника с токоммагнитные силовые линииОпределение полярности электромагнитаправило буравчикаСпособы усиления магнитных полей

Циркуляционная модель магнитного поля

Аннотация
Что представляет собой магнитное поле? Вследствие чего возникает и куда исчезает? До сих пор наука не даёт определённого ответа на эти тривиальные вопросы. В данной статье автор выдвигает гипотезу, согласно которой магнитное поле это проявление циркуляций, возникающих в окружающем электрон пространстве.
Статья подготовлена на основании доклада «Теоретический анализ магнитного поля электронных систем», сделанного на IX международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 13-16 сентября 2011 г.

Abstract
What is the magnetic field? The result is that there is and where to disappear? Until now, science does not give a definite answer to these trivial matters. In this article the author puts forward the hypothesis that the magnetic field is a manifestation of circulation occurring in the surrounding electron space.

This article was prepared on the basis of the report «A theoretical analysis of the magnetic field of electronic systems», made ​​at the IX International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology, St. Petersburg, 13-16 September 2011

Библиографическая ссылка на статью:
Островский Н.В. Циркуляционная модель магнитного поля // Современные научные исследования и инновации. 2011. № 7 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2011/11/5321 (дата обращения: 28.02.2023).

Введение

Достижения современной электроники поистине фантастичны. Я помню времена, когда оборудование, необходимое для хранения информации, помещающейся теперь в одной «флэшке», занимало несколько шкафов. Все эти достижения связаны с использованием удивительных свойств магнитного поля.

Но что представляет собой магнитное поле? Вследствие чего возникает и куда исчезает? До сих пор наука не даёт определённого ответа на эти тривиальные вопросы. В учебнике, выпущенном в 1964 г. мы находим, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле и магнитное поле является носителем ряда физических свойств [1, с. 182]. Учёбник, выпущенный в 2006 г. лишь констатирует, что взаимодействие токов осуществляется через поле, называемое магнитным [2, с. 116].

Одним свойств магнитного поля является наличие так называемых «силовых линий». Экспериментально эти силовые линии детектируются с помощью железных опилок (см. рис. 1).

Но магнитное поле создаётся не только проводниками с током, но и специфическими веществами – магнетиками, которые приобретают это свойство под действием внешнего магнитного поля. Согласно классической теории принцип намагничивания заключается в том, что во всех веществах существуют мельчайшие электрические токи, замыкающиеся в пределах каждого атома (молекулярные токи).

Если магнетик не намагничен, то он не создаёт магнитного поля. Это значит, что молекулярные токи в нём расположены беспорядочно, так что суммарное их действие равно нулю. При намагничивании магнетика расположение молекулярных токов становится частично или полностью упорядоченным [1, с. 240].

Представления о молекулярных токах были введены в теорию магнетизма ёще Ампером [3]. Ныне они имеют базу в виде модели атома по Бору-Резерфорду, в которой электрон движется вокруг ядра по круговой орбите [4]. Это движение может создавать электрический ток, так что электронную орбиту можно рассматривать как круговой проводник или виток соленоида. Собственно, на этой основе вводится понятие магнитного момента электрона [1, с. 273]. Тогда электрический ток в проводнике можно представить как последовательность подобных электронных колец (см. рис. 2).

Но если магнитное поле проводника представить как суперпозицию магнитных полей электронов, оно будет аналогично магнитному полю соленоида и направлено вдоль проводника, что противоречит эксперименту.

1. Магнитное поле электрона

Соответствие опытным данным требует, чтобы силовые линии магнитного поля электрона были коаксиальны его орбите. Специалисты в области гидромеханики давно отметили аналогию между уравнением для нахождения скорости циркуляции, создаваемой вихревой нитью, и уравнением Био-Савара для магнитного поля, создаваемого вокруг замкнутого проводника с постоянным током [5, c. 130]. Действительно, скорость циркуляции, создаваемой бесконечной вихревой нитью на расстоянии σ определяется уравнением (см. рис. 3):

             ,             (1)

где χ – интенсивность вращения вихревой нити.

Аналогично, напряжённость магнитного поля, создаваемого бесконечным проводником с током, определяется уравнением [1, с. 183]:

, (2)

где: i – сила тока.

На аналогию между силовыми линиями магнитного поля и линиями тока гидродинамических течений указывал и Пуанкаре [6, с. 46].

Это согласуется с представлениями о вихревом характере магнитного поля и электрического поля, создаваемого электромагнитным излучением. В работах классиков теории электромагнетизма – Фарадея и Максвелла – использовалось представление о том, что пространство заполнено некой субстанцией – эфиром. В.А. Ацюковский использовал для описания ядерных взаимодействий модель газовых торроидальных вихрей [7]. Но газоподобная среда, так же как и среда со свойствами жидкости не обладает жёсткостью, необходимой для фиксации силовых линий в пространстве. И.П. Верменчук считал [8], что все взаимодействия: и гравитационные, и электрические, и магнитные можно описать через взаимодействия вихрей в сплошной среде – эфире. Причиной образования вихрей является движение материальных тел. А.М. Куминым в качестве структурных элементов эфира были предложены «вращающиеся материальные объекты», подобные шарикам [9].

В данном случае мы ограничимся только образованием магнитного поля. Итак, движущийся электрон, который представляет собой стоячую волну, распределённую по окружности орбиты, подобно диску, вращающемуся в жидкости, создаёт вокруг себя циркуляцию эфира. Тогда линии тока эфира будут совпадать по направлению с силовыми линиями магнитного поля проводника.

Чтобы уточнить характер этих циркуляций, рассмотрим ещё два эффекта.

Сила dF₁₂, с которой элемент проводника dl₁ действует на элемент проводника dl₂, направлена перпендикулярно к последнему и лежит в плоскости, содержащей dl₁ и r₁₂
(см. рис. 4). При этом направление силы dF₁₂ подчиняется правилу правого буравчика: т.е. направлению движения винта с правой нарезкой при вращении его головки от элемента

dl₂ к нормали dl_2n. Направление нормали также определяется правилом правого буравчика: т.е. совпадает с направлением движения винта с правой нарезкой при вращении его головки от dl₁ к r₁₂. Модуль силы dF₁₂
определяется уравнением
[1, с. 175]:

,     (3)

где: i₁ и i₂ – сила тока в элементах проводников; J₁ – угол между

dl₁ и r₁₂, J₂ – угол между dl₂ и нормалью к плоскости, содержащей dl₁ и r₁₂.

Во-первых, необходимо обратить внимание на то, что сила магнитного взаимодействия направлена под углом к радиус-вектору, соединяющему проводники. Т.е. она стремится не притянуть или оттолкнуть, а повернуть проводники таким образом, что бы величина силы стала равной нулю. Во-вторых, если расположить проводники на одной линии, то sinJ₁ будет равен нулю, а, следовательно, будет равна нулю и сила магнитного взаимодействия. Если представить, что электроны это и есть элементы тока, то это означает, что они создают циркуляцию только в плоскости орбиты.

В этом есть глубокий философский смысл. В противном случае электрон замыкал бы своим магнитным полем на себя всю Вселенную. Можно считать, что толщина орбиты электрона и циркуляции эфира, им создаваемая, величины бесконечно малые. Магнитные взаимодействия между электронами заставляют их выстраиваться в параллельных плоскостях, что создаёт условия для формирования электронных структур атомов и молекул.

Традиционно принято считать направлением электрического тока, направление, противоположное движению электронов [1, с. 124]. Тогда для электронов будет действовать правило левого буравчика: направление движения электрона по орбите и направление движения создаваемых электроном циркуляций эфира совпадает с движением головки винта с левой нарезкой при его поступательном движении вперёд.

С учётом всего вышесказанного рис. 2 преобразуется в рис. 5 и мы получаем качественное соответствие между суммарным магнитными полем электронов и магнитным полем проводника.

2. Напряжённость магнитного поля электрона.

Величина напряжённости магнитного поля элемента проводника выводится из уравнения для силы магнитного взаимодействия между элементами тока, подобно тому, как вводится величина напряжённости электростатического поля для электростатического взаимодействия. В системе СГСМ величина напряжённости поля элемента тока равна [1, с. 183]:

,                                     (4)

где: J – угол между направлением тока и радиус-вектором пробной точки.

Такое определение напряжённости магнитного поля, однако, неудобно для рассмотрения свойств электрона. Мы уже установили, что магнитное поле электрона существует только в плоскости орбиты, поэтому исключим угол J. Поскольку речь пойдёт о единичном электроне, мы исключим элемент длины и введём новую величину – напряжённость циркуляции – H_C. Сила тока в единицах СГСМ получается делением силы тока в системе СГСЭ на скорость света. Если принять, что dq = e (заряду электрона), то dt – это время между двумя последовательными электронами, а – расстояние, на которое за это время распространится циркуляция от предыдущего электрона. Чем больше r_F, тем меньше будет остаточная циркуляция в пробной точке:

.                             (5)

Для неподвижного электрона, т.е. для электрона, положение которого в пространстве зафиксировано, например, в постоянном магните, член 1/r_F исключается. Таким образом, напряжённость магнитного поля электрона оказывается формально равной напряжённости его электростатического поля:

.                                         (6)

Но магнитное поле действует только в плоскости орбиты электрона и направлено тангенциально к линиям тока эфира, коаксиальным орбите электрона.

3. Взаимодействие магнитных полей электронов

Что бы перейти от гипотезы к теории необходимо смоделировать процессы взаимодействия между собой магнитных полей электронов в различных условиях и оценить связанные с этим эффекты. Здесь перед нами открывается широкое поле для творчества.

Влияние вещества проводника на напряжённость магнитного поля. Уравнение (4) справедливо для нахождения напряжённости магнитного поля в вакууме. Если пространство вокруг проводника заполнено каким-либо веществом, то магнитное поле будет отличаться от магнитного поля в вакууме, пропорционально некоторой величине, называемой магнитной проницаемостью вещества. Но данные о влиянии на напряжённость магнитного поля состава проводника отсутствуют. Это свидетельствует о том, что, по крайней мере, в первом приближении, напряжённость магнитного поля не зависит от свойств вещества проводника, а зависит только от силы тока в проводнике. В то же время мы знаем, что радиусы орбит электронов в различных металлах существенного различаются. Следовательно, должны существенно различаться и существующие в них «молекулярные токи».

Это свойство магнитного поля вполне объяснимо с позиций циркуляционной модели. Дело в том, циркуляция, определяемая как произведение радиуса на круговую скорость, есть величина постоянная [10, с. 47]:

, где u – круговая скорость линии тока.                      (7)

Величину константы мы можем найти из величины момента количества движения электрона, который равен [4]:

, где h – постоянная Планка.                  (8)

Отсюда следует:

.                                      (9)

В работе [11] было показано, что в модели бора n=1 для всех электронов в основном состоянии, независимо от номера так называемого «электронного слоя». В теории строения атома принято, что электроны располагаются вокруг ядра так называемыми «слоями» [12, с. 93]. На электрон верхнего слоя действует эффективный заряд, складывающийся из заряда ядра и экранирующих заряд электронов. Вычисляя радиус орбиты внешнего электрона в основном состоянии по модели Бора мы для любого слоя, будь то 2s или 5s, должны принимать n=1, потому что значения n>1 соответствуют возбуждённым состояниям электрона, в которые он переходит под воздействием внешнего излучения. И время нахождения электрона в возбуждённом состоянии ничтожно мало.

Таким образом, скорость циркуляции, с которой может быть связана напряжённость магнитного поля, не зависит от радиуса орбиты электрона, а зависит лишь от расстояния между ядром атома и пробной точкой.

Тепловое излучение. Целесообразно выделить особый вид движения электронов – вращение плоскостей орбит вокруг ядра. В этом случае в окружающем пространстве будет всё время меняться магнитное поле, причём с определённой частотой – с частотой вращения плоскостей орбит. Представляется, что подобное вращение является одним из основных видом теплового движения, с которым связана теплоёмкость и теплопроводность.

Вращение плоскости орбиты электрона связано с изменением момента количества его движения. Производимая при этом работа определяется соотношением:

,                                      (10)

где ΔК_e – изменение момента количества движения электрона, а Δφ – угол поворота плоскости орбиты.

Закон сохранения энергии требует, что бы эквивалентное количество энергии выделилось в окружающую среду. Мы можем предположить, что это будет энергия циркуляции эфира.

Величина момента количества движения электрона равна h/2π. Следовательно, при повороте плоскости орбиты на 360 градусов величина работы будет равна:

,                                     (11)

где ν_Rot – частота вращения плоскости орбиты.

Взаимодействие циркуляций. Каким образом, циркуляции, создаваемые отдельными электронами взаимодействуют между собой?
Это важнейший вопрос, от ответа на который зависит, станет ли рассматриваемая гипотеза теорией или нет. Качественная оценка показывает (см. рис. 6), что однонаправленные циркуляции взаимно уничтожаются во внутренней области и должны усиливать друг друга во внешней области. Циркуляции, имеющие противоположное направление, будут взаимно усиливаться во внутренней области и отталкиваться во внешней. Но является ли это взаимодействие аддитивным или имеет место более сложная зависимость?

Нам еще предстоит дать ответ на это и многие другие вопросы, связанные с использованием циркуляционной модели для описания явлений магнетизма.

Библиографический список

1. Калашников С.Г. Электричество: учебное пособие. – М: Наука, ГРФМЛ, 1964. – 666 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: учебное пособие в 3-х томах, т. 2. – СПб.: Лань, 2006. – 496 с.

3. Ампер А.-М. Электродинамика./Ред. Я.Г. Дорфман. – М.: Изд-во АН СССР, 1054, с. 271.

4. Бор Н. Избранные научные труды. Т. 1. – М.: Наука, 1970, с. 84-148.

5. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости./пер. с англ. – М.: Мир, 1973.

6. Пуанкаре А. Теория вихрей. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая механика», 2000. – 160 с.

7. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 280 с.

8. Верменчук И.П. Эфирно-вихревая модель микромира. // Русская Мысль, 1993, № 1-2, с. 63-72.

9. Кумин А.М. Механизм проточно-столкновительного взаимодействия. //Интернет-сайт SciTecLibrary.ru, 22.04.2003. URL:http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5077.html.

10. Карман. Т. фон. Аэродинамика: избранные темы в их историческом развитии./пер. с англ. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 208 с.

11. Островский Н.В. Алгоритм вычисления квантованного радиуса орбиты электрона. //Интернет-конференция “Информационно-вычислительные технологии в науке”. Дата публикации 23 декабря 2009 г. URL: http://www.ivtn.ru/2009/pdf/d09_18.pdf.

12. Дей К., Селбин Д. Теоретическая неорганическая химия. – М.: Мир, 1971. – 416 с.

---

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «onv1»

Магнитное поле вокруг проводника с током

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

Всякий раз, когда электроны проходят через проводник, вокруг проводника создается магнитное поле . Эта важная взаимосвязь между электричеством и магнетизмом известна как электромагнетизм,  или магнитный эффект тока.

При протекании постоянного тока магнитное поле будет действовать в одном направлении, как показано на Рис. 1 . Поток переменного тока будет создавать магнитное поле, направление которого меняется в зависимости от направления потока электронов.

Рисунок 1 Магнитное поле вокруг проводника с током.

Величина тока, протекающего по одному проводнику, определяет силу создаваемого им магнитного поля. Увеличение тока увеличивает силу магнитного поля. Обычно сила магнитного поля вокруг одного проводника с током сравнительно слаба и поэтому остается незамеченной.

С помощью компаса можно определить наличие и направление этого магнитного поля, как показано на Рисунок 2 . Когда компас приближается к проводнику с постоянным током, северный полюс стрелки компаса будет указывать в направлении движения магнитных силовых линий. При вращении компаса вокруг проводника будет отображаться определенный круговой узор.

Рисунок 2  Использование компаса для отслеживания магнитного поля.

Между направлением тока, протекающего по проводнику, и направлением магнитного поля существует зависимость. Правило левой руки для проводников, показанное на рис. 3 , демонстрирует это соотношение.

Если взять проводник с током левой рукой, при этом большой палец указывает в направлении потока электронов (от к +), остальные пальцы указывают в направлении магнитных силовых линий или линий потока.

Рисунок 3  Правило левого проводника.

Вид провода с торца иногда используется для упрощения чертежа проводника, по которому течет ток, как показано на  Рисунок 4 . Круг представляет собой конец проводника.

Втекающий ток в проводник обозначается крестиком, а вытекающий ток — точкой. Направление силовых линий показано для двух проводников с противоположными направлениями потока электронов. Электронный поток от вас (+) создает картину магнитного потока против часовой стрелки. Электроны текут к вам ( • ) вызывает направление магнитного потока по часовой стрелке.

Рис. 4 . Вид с торца на проводник и магнитное поле.

Результирующее магнитное поле, создаваемое протеканием тока по двум соседним проводникам, имеет тенденцию вызывать притяжение или отталкивание двух проводников. Если по двум параллельным проводникам течет ток в противоположных направлениях, магнитное поле направлено по часовой стрелке вокруг одного проводника и против часовой стрелки вокруг другого. Это создает отталкивающее действие между двумя отдельными магнитными полями, и проводники стремятся разойтись, как показано на рисунке 9.0005 Рисунок 5 .

Рисунок 5  Параллельные проводники с протеканием тока в противоположных направлениях.

Когда по параллельным проводникам течет ток в одном направлении, направление магнитного поля вокруг каждого поля одинаково. Силовые линии действуют в одном направлении и соединяются вокруг обоих проводников, как показано на  Рис. 6 . В результате два проводника будут притягиваться друг к другу и стремиться двигаться вместе. Два проводника при этом условии создадут магнитное поле, эквивалентное одному проводнику, несущему удвоенный ток.

Рисунок 6  Параллельные проводники с током в одном направлении.

Когда по проводнику течет ток, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с любым другим присутствующим магнитным полем, создавая силу. Этот факт необходимо учитывать при проектировании больших частей электрооборудования, которые работают с очень большими токами. Например, шины, по которым проходят большие токи, должны быть надежно закреплены, чтобы они не притягивались друг к другу и не замыкались. Кроме того, токи короткого замыкания увеличивают напряжение, которое может привести к повреждению проводников и дорожек качения, если они не закреплены и не защищены должным образом.

Вопросы для повторения

1. Какая связь между электричеством и магнетизмом?
2. Когда компас используется для отслеживания магнитного поля, какой полюс компаса будет указывать в направлении силовых линий?
3. Что определяет силу магнитного поля, создаваемого вокруг одного проводника?
4. Предположим, что по двум параллельным проводникам течет одинаковый ток в одном и том же направлении:
   1. В каком направлении магнитные силы будут стремиться перемещать проводники?
   2. Какова эквивалентная сила создаваемого магнитного поля?

Контрольные вопросы – ответы

1. Всякий раз, когда электроны проходят через проводник, вокруг проводника создается магнитное поле.
2. Северный полюс стрелки компаса будет указывать в направлении магнитных силовых линий.
3. Количество тока, протекающего через проводник. Чем выше ток, тем сильнее магнитное поле.
4. (а) Они склонны двигаться вместе. (b) Напряженность магнитного поля будет эквивалентна одному проводнику, по которому течет удвоенный ток.

Вы нашли apk для андроида? Вы можете найти новые бесплатные игры и приложения для Android.

Объяснение урока: Магнитные поля, создаваемые электрическими токами

В этом объяснении мы научимся описывать магнитное поле, которое производится проводом, по которому течет электрический ток.

Если по проводу протекает поток заряда, то в проводе есть ток. На приведенной ниже схеме показан длинный прямой провод, по которому течет ток.

Ток создает вокруг себя магнитное поле. Линии поля, показанные внизу сформируйте круги вокруг проволоки.

Магнитное поле, образованное током, существует повсюду вокруг провода. Вокруг него формируются круговые силовые линии, простирающиеся на любое расстояние от проволока.

Если мы изменим перспективу, чтобы посмотреть на провод с одного конца, ток может указывать прямо на нас, как показано ниже. С этой точки зрения мы говорим, текущие точки «за пределами экрана» или «за пределами экрана».

На этом рисунке показан символ, указывающий ток за пределы экрана: круг. с точкой в ​​центре. Он также показывает, что силовые линии магнитного поля при разных расстояния от проволоки образуют концентрические окружности.

По мере увеличения расстояния от провода круги располагаются дальше друг от друга. Этот указывает на уменьшение напряженности магнитного поля.

Вместо просмотра тока, указывающего на нас с экрана, это можно смотреть в противоположном направлении: «в экран». Ток в это направление обозначено кружком вокруг буквы X, как показано ниже.

Обратите внимание, что магнитное поле на этом рисунке направлено вокруг провода по часовой стрелке. а поле на рисунке с направленным током из экрана указывает против часовой стрелки.

Для определения направления магнитного поля вокруг проводящего тока проволоки, мы используем так называемое «правило правой руки». Это правило гласит, что если мы указываем большим пальцем правой руки в направлении тока в прямой провод, направление, в котором сгибаются наши пальцы (скажем, чтобы схватить что-то) является направление магнитного поля вокруг этого провода.

Этот метод применяется для проводов, по которым ток поступает на экран и выходит из него, т.к. показано ниже.

В обоих случаях, когда мы указываем большим пальцем правой руки в направлении текущей в проводе наши пальцы сгибаются в направлении создаваемого магнитного поля по течению.

Пример 1: понимание магнитного поля, создаваемого проводом с током

На какой из четырех диаграмм правильно показаны силовые линии магнитного поля, создаваемого вокруг провода с током?

Ответ

Чтобы ответить на этот вопрос, мы воспользуемся так называемым «правым хватом». правило». Это правило гласит, что направление магнитного поля, образованного электрический ток задается направлением, в котором сгибаются наши пальцы, когда большой палец нашей правой руки указывает в том же направлении, что и ток.

Мы можем применить это правило к четырем случаям (A), (B), (C) и (D) по порядку.

Для сценария (А) мы указываем большим пальцем правой руки на экран с момента текущие точки в этом направлении. Сгибая пальцы, мы обнаруживаем, что они двигаются по дуге по часовой стрелке. Это идет против указанного против часовой стрелки направление магнитного поля. Следовательно, диаграмма (А) неправильно показывает силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током.

В сценарии (B) ток указывает за пределы экрана. Когда большой палец наша правая рука указывает туда, наши пальцы сгибаются против часовой стрелки направление. Это идет против указанного магнитного поля по часовой стрелке. направление на схеме. Диаграмма (B) также неправильно показывает магнитное поле, создаваемое вокруг провода с током.

Сценарий (C) имеет ток, направленный на экран и направленный по часовой стрелке. направление поля. Проверяя это с помощью нашего правила хвата правой рукой, мы обнаруживаем, что действительно, наши пальцы сгибаются по часовой стрелке, когда большой палец правой руки указывает на экран. Схема (С) верна!

Рассматривая сценарий (D), мы видим, что часть магнитного поля указывает против часовой стрелки и часть по часовой стрелке. Это физически невозможно, поэтому мы знаем, что диаграмма (D) не является правильным изображением магнитного поля вокруг провод с током.

Наш последний вариант — диаграмма (С).

Мы отметили, что напряженность магнитного поля, создаваемого проводник с током становится слабее по мере увеличения расстояния от провода.

Другим фактором, влияющим на напряженность поля, является величина текущее его создание. Чем сильнее течение (больше его величина), тем сильнее магнитное поле.

Пример 2: Понимание магнитных полей, создаваемых электрическими токами

Для магнитного поля, создаваемого вокруг провода с током, ток, магнитное поле.

1. больше, слабее
2. меньше, сильнее
3. больше, сильнее

Ответ

Существует прямая зависимость между величиной электрического ток, создающий магнитное поле, и величина самого поля.

Таким образом, мы можем сказать, что чем больше ток, тем сильнее поля, и чем меньше ток, тем слабее поле.

Оба этих описания правильно заполняют пробелы в предложение, но только одно из них предлагается в качестве опции. Вариант (С), «больше, сильнее» приведет к предложению, которое гласит: «Для магнитное поле, создаваемое вокруг провода с током, тем больше ток, тем сильнее магнитное поле». Это правильно завершает предложение, поэтому наш последний вариант — вариант (C).

Провод, по которому течет ток, может быть прямым, как мы рассматривали до сих пор, но он также может быть расположен в виде катушки, как показано на следующем рисунке.

Такая катушка проволоки называется соленоидом. Как и любая другая форма провод, когда соленоид пропускает ток, он создает магнитное поле вокруг себя.

Интересно, что магнитное поле соленоида очень похоже на магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом.

Когда соленоид пропускает ток, магнитное поле внутри его катушек равно достаточно сильное, а внешнее поле относительно слабое.

Можно усилить магнитное поле внутри соленоида путем поместить материал, который может намагничиваться, в сердечник соленоида.

Намагничиваемый материал – это такой материал, который при помещении в магнитное поле сам становится магнитом и создает собственное магнитное поле.

Примером такого материала является железо. Если поставить железный цилиндр внутри соленоида, как показано ниже, поле соленоида намагничивает железо, которое затем создает собственное магнитное поле, которое в очередь усиливает поле соленоида.

Пример 3: Идентификация соленоида

На каждой из следующих диаграмм показан объект, сделанный из меди. Какой объект является соленоидом?

Ответ

Соленоид сделан из проволоки, которая может проводить ток. Важно отметить, что провод в соленоиде непрерывен, то есть заряд может течь с одного конца соленоида к другому.

Провод в соленоиде также скрученный, образуя множество витков, которые параллельно друг другу.

Варианты (A) и (B) показывают отсоединенные петли проводов. Так как они не непрерывный, ни один из этих вариантов не показывает соленоид.

Вариант (C) показывает проволочные петли, соединенные вместе. Петли не расположены параллельно друг другу, поэтому мы не будем выбирать вариант (C) или.

Вариант (Е) изображает полый цилиндр. Поскольку это не построено из одного отрезка провода, это не соленоид.

Зная, что соленоид сделан из непрерывной проволоки расположенные в параллельных петлях, исключают все варианты, кроме варианта (D).

Пример 4: Знание основных терминов, связанных с электромагнетизмом

Какое из следующих правил является правильным описанием соленоида?

1. Соленоид представляет собой один прямой кусок провода. Пропуская по ней электрический ток, вокруг нее создается магнитное поле.
2. Соленоид представляет собой одиночный контур изолированного провода. Пропуская через него электрический ток, создается магнитное поле похоже на стержневой магнит.
3. Соленоид представляет собой длинную катушку изолированного провода. Прохождение электрического ток через него создает магнитное поле, подобное стержню магнит.

Ответ

Рассматривая эти три описания кандидатов, мы видим, что они различаются в первую очередь из-за формы провода, из которого состоит соленоид.

Соленоид не является прямым куском проволоки; состоит из ряда петель называется катушкой. Чем больше петель в катушке, тем сильнее магнитное поле. это создает.

Когда электрический заряд проходит через соленоид, он создает очень сильное поле. подобно магнитному полю из-за стержневого магнита.

Это описание соответствует опции (C).

Пример 5: Знакомство с соленоидами

Какие два из следующих способов являются способами увеличения прочности магнитное поле, создаваемое соленоидом?

1. Увеличение ширины соленоида
2. Уменьшение длины соленоида
3. Увеличение тока через соленоид
4. Уменьшение числа витков соленоида
5. Добавление железного сердечника к соленоиду

Ответ

Напомним, что соленоид представляет собой катушку провода с множеством витков.

Магнитное поле, создаваемое соленоидом, фактически является суммой магнитные поля, создаваемые каждой отдельной петлей. Чем больше там петель равны, тем больше будет эта сумма и тем сильнее будет общее поле.

Следовательно, вариант (D) «Уменьшение числа витков в соленоид», не может быть правильным. Уменьшение количества витков соленоида фактически ослабит общее магнитное поле.

Аналогично вариант (B) «Уменьшение длины соленоида» не не описывает способ усиления магнитного поля соленоида. Уменьшение длины соленоида эффективно удаляет витки из катушки, снова ослабляя общее поле.

Вариант (A) утверждает, что увеличение ширины соленоида увеличивает его напряженность магнитного поля. Однако именно количество петель, а не их диаметр, что влияет на напряженность магнитного поля в соленоид.

Что касается способов увеличения напряженности поля соленоида, один подход который работает для токонесущих проводов любой формы, заключается в увеличении ток в проводе. Это соответствует варианту (С).

Наконец, вставка магнитного материала, такого как железо, в соленоид ядро добавит к полю в ядре, увеличивая его величину.