Магнитное поле. Магнитное поле проводника с током, кольца с током, катушки с током. Магнитное поле земли. Постоянные магниты.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 9Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Среди действий эл.тока есть магнитное (см 10 вопрос). Оно проявляется в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые назвали магнитными. Для изучения магнитного действия тока воспользуемся магнитной стрелкой (два полюса и ось, которая их соединяет).

Опыт - расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой, параллельно ее оси. При замыкании цепи стрелка отклоняется от первоначального положения. При размыкании – возвращается обратно. Опыт показывает существование вокруг проводника магнитного поля, которое и взаимодействует со стрелкой. Таким образом магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся эл.зарядов. Вокруг неподвижных эл.зарядов существует только электростатическое поле, вокруг движущихся – и электрическое, и магнитное.

Существование магн.поля можно определить железными опилками (опыт – проводник с током через лист картона с опилками).

Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми эл.токами внутри него. Внутри молекул циркулируют элементарные эл.токи. Если токи расположены хаотично, то компенсируют друг друга и у тела нет магнитных свойств. В намагниченном состоянии эти токи ориентированы строго определенным образом и их действия складываются.

Т.о. магнитные взаимодействия обусловлены движением эл.зарядов – током. Ток создает магнитное поле. Взаимодействие токов можно наблюдать на опыте – два гибких проводника, источник тока. Если верхние концы проводников соединены так, что ток в каждом противоположного направления – проводники отталкиваются. Если ток одного направления – притягиваются. Если ток идет только по одному проводнику – взаимодействия нет.

Следовательно, в пространстве, окружающем эл.заряды, возникает эл.поле, так и в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле.

Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами. Оно материально, существует независимо от нас и наших знаний, и обладает определенными свойствами.

Свойства магнитного поля – порождается током (движущимися зарядами), и обнаруживается по действию на ток (движ.заряды). Для описания взаимодействия токов, требуются ввести несколько величин. Исследования проводятся с помощью контура с током малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Опыт – подвесим рамку с током между полюсами магнита. Рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не станет перпендикулярной к линии, соединяющей полюса магнита. Аналогично ведет себя и магнитная стрелка. Следовательно, величина, характеризующая магнитное поле, должна быть векторной.

Вектор магнитной индукции – векторная величина, характеризующая магнитное поле. Всегда перпендикулярен току в проводнике.

Если вращать рукоятку буравчика с правой нарезкой по направлению тока в рамке, направление совпадет с перпендикуляром к плоскости рамки в сторону поступательного движения буравчика (Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением ). Для соленоида - если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление внутри соленоида.

Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке пространства.

Как и в случае линий напряженности электрического поля, считаем, что густота линий характеризует в данном месте. Они всегда замкнуты, что означает равенство нулю потока магнитной индукции через замкнутую поверхность. Это свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов.

в магнитном поле прямого проводника с током магнитная стрелка устанавливается по касательной к окружности. Плоскость окружности перпендикулярна проводу, ее центр лежит на оси провода. Направление устанавливают по правилу буравчика. Буравчик должен двигаться в направлении тока. Концы его рукоятки будут перемещаться в направлении, принятом за направление . Линии магнитного поля представляют собой концентрические окружности, которые сгущаются к центру. Следовательно, магнитная индукция вблизи проводника больше, чем вдали.

Магнитное поле кольца с током

Магнитное поле катушки с током - если катушку подвесить на тонких проводниках, она установится так же, как и магнитная стрелка. Т.о. у катушки есть два полюса – северный и южный. Если длина катушки много больше его диаметра, то поле внутри катушки считаем однородным. Внутри катушки линии поля параллельны, их густота везде одинакова. Вне катушки они направлены от северного пояса к южному. Катушки с током используют в качестве магнитов. Они удобны тем, что магнитное действие можно изменять в широких пределах (магнитное действие тем сильнее, чем больше количество витков или больше сила тока). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.

Катушка с железным сердечником внутри – электромагнит. Они могут быть разных размеров, их магнитное действие можно регулировать, они очень быстро размагничиваются при выключении тока. Используются – переноска тяжелых изделий, сепаратор для зерна (мелкие железные опилки прилипают к зернам сорняков, зерна высыпают на барабан, внутри которого электромагнит. Притягивая мелкие опилки, он извлекает зерна сорняков и другой мусор из общего зерна)

Если в катушку с током вставить стержень из закаленной стали, то он длительное время сохраняет намагниченность (вызванную движением электронов) после выключения тока.

Линии магнитной индукции можно сделать видимыми с помощью железных опилок.

Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции. Если в данной точке пространства различные токи создают магнитные поля, магнитные индукции которых В₁, В₂, В₃ и т.д., то результирующая магнитная индукция в этой точке равна

Модуль магнитной индукции определяется по формуле

, где М_тах – максимальный момент сил, действующих на рамку, I – сила тока в ней, S – площадь рамки.

Магнитный поток. Вектор магнитной индукции характеризует поле в каждой точке пространства. Введем величину, которая характеризует поле во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эту величину называют магнитным потоком. Она аналогична вектору электрической напряженности. Выделим в магнитном поле кусочек площадью Δ S, чтобы магнитную индукцию во всех его точках можно считать одинаковой. Пусть - нормаль к элементу, образующая угол α с направлением вектора .

Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью Δ S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь Δ S и косинус угла α между векторами и

Поток может быть как «+», так и «-», в зависимости от значения угла. Поток магнитной индукции показывает, какое количество линий пронизывает данную площадку.

Вокруг Земли тоже есть магнитное поле, так как стрелка компаса устанавливается в определенном направлении вдоль его магнитных линий. Около Северного географического полюса магнитные линии отклоняются и вертикально входят в землю (это Южный магнитный полюс, удаленный от Сев.географ. на 2100км). Северный магнитный полюс находится около Южного географического, здесь магнитные линии выходят из земли.

Оно оказывает существенное влияние на поток заряженных частиц из космоса. Это третий защитный пояс вместе с атмосферой и ионосферой. Действуя на заряженную частицу, оно изменяет ее траекторию. Вместо прямой линии получается спираль, навивающаяся на линии индукции поля. Кроме того, поле удерживает на большой высоте заряженные частицы небольших энергий. Эти частицы окружают земной шар и называются радиационными поясами.

Магнитное поле земли меняют магнитные бури из-за солнечной активности и выброса с его поверхности огромного числа заряженных частиц.

Есть на Земле магнитные аномалии - области, где магнитные стрелки всегда отклонены от магнитных линий Земли. Причина – огромные залежи железной руды – Курская аномалия.

Существование магнитного поля Земли не объяснено до конца. Считается, что его причина – электрические токи в атмосфере и в земной коре. У планет Солнечной системы также есть магнитные поля.

Постоянные магниты - тела, длительное время сохраняющие намагниченность. Те места магнита, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия – полюса магнита (северный и южный). Не все материалы одинаково хорошо притягиваются магнитом. Чугун, сталь, железо – хорошо, никель и кобальт – плохо.

В природе встречаются естественные магниты – железная руда. Его наличие позволило лучше изучить магнитные свойства тел:

- две магнитные стрелки рядом повернутся друг к другу противоположными полюсами, одноименные полюса отталкиваются,

- аналогично – стрелка и магнит,

Так как вокруг любого магнита есть магнитное поле, установим с помощью опилок, как оно выглядит у дугообразного и полосового магнита (рис). Магнитные линии замкнуты, выходят из северного и входят в южный полюс, замыкаясь внутри магнита.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров