Магнитные линии постоянного магнита: Магнитные линии – направление, значение в схеме — Светодиодные светильники и корпуса для светильников купить оптом в Москве

Магнитные линии постоянного магнита: Магнитные линии – направление, значение в схеме

Содержание

Магнитные линии постоянного магнита. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли. Магнитное поле Земли и магнитные бури

Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.

Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле . Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.

Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция , которая является силовой характеристикой магнитного поля.

3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля:

динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле . Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.

Магнитный момент возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму.

Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.

Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.

Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.
Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.

Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому

правилу буравчика или правилу правой руки .

Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от минуса к плюсу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.

А направление силы Лоренца — силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки .
Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике, а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.

На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.

Магнит — это тело, которое образует вокруг себя магнитное поле.

Сила, созданная магнитом, будет действовать на определенные металлы: железо, никель и кобальт. Предметы из этих металлов притягиваются магнитом.
(спичка и пробка не притягиваются, гвоздь только к правой половине магнита, скрепка — к любому месту)

Существуют две области, где сила притяжения максимальна. Они называются полюсами. Если магнит подвесить на тонкой нитке, то он развернется определенным образом. Один конец всегда будет указывать на север, а второй — на юг. Поэтому один полюс называют северным, а другой — южным.

Можно наглядно рассмотреть действие магнитного поля, образованного вокруг магнита. Поместим магнит на поверхность, на которую предварительно насыпали металлические опилки. Под действием магнитного поля опилки расположатся в виде эллипсоподобных кривых. По виду этих кривых, можно представить, как располагаются в пространстве линии магнитного поля. Их направление принято обозначать с севера на юг.

Если мы возьмем два одинаковых магнита и попытаемся приблизить их полюсами, то выясним, что разные полюса притягиваются, а одинаковые — отталкиваются.

Наша Земля также имеет магнитное поле, называемое магнитным полем Земли. Стрелка северным концом всегда показывает на север. Следовательно, северный географический полюс Земли является южным магнитным полюсом, так как противоположные магнитные полюса притягиваются.

Аналогично, южный географический полюс является северным магнитным полюсом.

Стрелка компаса северным концом всегда показывает на север, так как притягивается южным магнитным полюсом Земли.

Если поместить компас под проволоку, которая натянута в направлении с севера на юг и по которой течет ток, то мы увидим, что магнитная стрелка отклонится. Это доказывает, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле.

Если расположить несколько компасов под проволокой, по которой течет электрический ток, то мы увидим, что все стрелки отклонятся на одинаковый угол. Это значит, что магнитное поле, создаваемое проволокой, одинаково на разных участках. Поэтому можно сделать вывод, что линии магнитного поля для каждого проводника имеют вид концентрических окружностей.

Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки. Для этого необходимо мысленно обхватить правой рукой проводник с электрическим током таким образом, чтобы вытянутый большой палец правой руки показывал направление электрического тока, тогда согнутые пальцы покажут направление линий магнитного поля.

Если мы скрутим металлическую проволоку в спираль и пустим по ней электрический ток, то магнитные поля каждого отдельного витка суммируются в общее поле спирали.

Действие магнитного поля спирали аналогично действию магнитного поля постоянного магнита. Этот принцип лег в основу создания электромагнита. У него, как и у постоянного магнита, есть южный и северный полюса. Северный полюс находится там, откуда выходят линии магнитного поля.

Сила постоянного магнита не изменяется с течением времени. У электромагнита это по-другому. Изменить силу электромагнита можно тремя способами.

Первый способ. Поместим внутрь спирали металлический сердечник. При этом действия магнитного поля сердечника и магнитного поля спирали суммируются.

Второй способ. Увеличим количество витков спирали. Чем больше витков у спирали, тем больше действие силы магнитного поля.

Третий способ. Увеличим силу электрического тока, который протекает в спирали. Магнитные поля отдельных витков возрастут, следовательно, суммарное магнитное поле спирали также усилится.

Громкоговоритель

В устройство громкоговорителя входит электромагнит и постоянный магнит. Электромагнит, который связан с мембраной громкоговорителя, надевается на жестко закрепленный постоянный магнит. При этом мембрана остается подвижной. Пропустим через электромагнит переменный электрический ток, вид которого зависит от звуковых колебаний. Так как изменяется электрический ток, то в электромагните изменяется действие магнитного поля.

Вследствие этого электромагнит будет притягиваться или отталкиваться от постоянного магнита с различной силой. Причем мембрана громкоговорителя будет совершать точно такие колебания, как и электромагнит. Таким образом, то, что было сказано в микрофон, мы услышим через громкоговоритель.

Звонок

Электрический дверной звонок можно отнести к разряду электрических реле. Причиной прерывающегося звукового сигнала являются периодические замыкания и размыкания электрической цепи.

При нажатии кнопки звонка электрическая цепь замыкается. Язычок звонка притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик. При этом язычок размыкает электрическую цепь. Ток перестает течь, электромагнит не действует и язычок возвращается в исходное положение. Электрическая цепь вновь замыкается, язычок снова притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока мы нажимаем на кнопку звонка.

Электромотор

Установим свободно вращающуюся магнитную стрелку перед электромагнитом и раскрутим ее. Мы можем поддерживать это движение, если будем включать электромагнит в тот момент, когда магнитная стрелка поворачивается одним и тем же полюсом к электромагниту.

Силы притяжения электромагнита достаточно, чтобы вращательное движение стрелки не прекращалось.

(на картинке магнит получает импульс всякий раз, когда красная стрелка находится рядом и нажимается кнопка. Если нажать кнопку, когда рядом зеленая стрелка, электромагнит останавливается)

Этот принцип заложен в основу электродвигателя. Только в нем вращается не магнитная стрелка, а электромагнит, называющийся якорем, в статично закрепленном подковообразном магните, который называется статором. Из-за повторяющихся замыканий и размыканий цепи, электромагнит, т.е. якорь, будет непрерывно вращаться.

Электрический ток попадает на якорь посредством двух контактов, представляющих собой два изолированных полукольца. Это приводит к тому, что электромагнит постоянно меняет полярность. При нахождении разнополярных полюсов один против другого, двигатель начинает замедлять вращение. Но в этот момент электромагнит меняет полярность, и теперь один против другого находятся одинаковые полюса. Они отталкиваются, и мотор продолжает вращение.

Генератор

Подключим к концам спирали вольтметр и начнем раскачивать перед ее витками постоянный магнит. При этом вольтметр покажет наличие напряжения. Из этого можно заключить, что на электропроводник влияет изменяющееся магнитное поле.

Из этого следует закон электроиндукции: на концах индукционной катушки будет существовать напряжение до тех пор, пока катушка находится в изменяющемся магнитном поле.

Чем больше витков у индукционной катушки, тем большее напряжение возникает на ее концах. Напряжение можно увеличить, усилив магнитное поле или заставив его быстрее меняться. Металлический сердечник, вставленный внутрь индукционной катушки, увеличивает индукционное напряжение, так как магнитное поле усиливается из-за намагничивания сердечника.
(магнитом начинают сильнее махать перед катушкой, в результате чего стрелка вольтметра отклоняется намного больше)

Генератор — это противоположность электромотора. Якорь, т.е. электромагнит, вращается в магнитном поле постоянного магнита. Из-за вращения якоря действующее на него магнитное поле постоянно меняется. Вследствие чего изменяется возникшее индукционное напряжение. Во время полного оборота якоря напряжение половину времени будет положительно и половину — отрицательно. Примером этого является ветряной генератор, который создает переменное напряжение.

Трансформатор

Согласно закону индукции напряжение возникает, если меняется магнитное поле в индукционной катушке. Но магнитное поле катушки будет меняться только в том случае, если в ней возникает переменное напряжение.

Магнитное поле меняется от нуля до конечной величины. Если подключить катушку к источнику напряжения, то возникшее вследствие этого переменное магнитное поле, создаст кратковременное индукционное напряжение, которое будет противодействовать основному напряжению. Чтобы наблюдать возникновение индукционного напряжения, необязательно использовать две катушки. Это можно сделать и с одной катушкой, но тогда такой процесс называется самоиндукцией. Напряжение в катушке достигает своего максимума через некоторое время, когда магнитное поле перестанет изменяться и станет постоянным.

Таким же образом меняется магнитное поле, если мы отключаем катушку от источника напряжения. В этом случае, тоже возникает явление самоиндукции, которое противодействует падающему напряжению. Поэтому напряжение падает до нуля не мгновенно, а с определенным запозданием.

Если мы постоянно подключаем и отключаем источник напряжения к катушке, то магнитное поле вокруг нее будет постоянно меняться. Одновременно возникает и переменное индукционное напряжение. Теперь вместо этого, подключим катушку к источнику переменного напряжения. Спустя некоторое время возникает переменное индукционное напряжение.

Подключим первую катушку к источнику переменного напряжения. Благодаря металлическому сердечнику возникшее переменное магнитное поле будет действовать и на вторую катушку. Это означает, что переменное напряжение можно передать из одной цепи электрического тока в другую, даже если эти цепи не будут связаны одна с другой.

Если мы возьмем две одинаковые по параметрам катушки, то во второй мы можем получить такое же напряжение, что действует на первую катушку. Это явление используется в трансформаторах. Только целью трансформатора является создать во второй катушке другое напряжение, отличное от первой. Для этого вторая катушка должна иметь большее или меньшее количество витков.

Если в первой катушке было 1000 витков, а во второй — 10, то напряжение во второй цепи будет составлять лишь сотую часть от напряжения в первой. Зато сила тока повышается практически в сто раз. Поэтому трансформаторы высокого напряжения необходимы для создания большой силы тока.

Наряду с электризующимися трением кусочками янтаря постоянные магниты были для древних людей первым материальным свидетельством электромагнитных явлений (молнии на заре истории определенно относили к сфере проявления нематериальных сил). Объяснение природы ферромагнетизма всегда занимало пытливые умы ученых, однако и в настоящее время физическая природа постоянной намагниченности некоторых веществ, как природных, так и искусственно созданных, еще не до конца раскрыта, оставляя немалое поле деятельности для современных и будущих исследователей.

Традиционные материалы для постоянных магнитов

Они стали активно использоваться в промышленности, начиная с 1940 года с появления сплава алнико (AlNiCo). До этого постоянные магниты из различных сортов стали применялись лишь в компасах и магнето. Алнико сделал возможным замену на них электромагнитов и применение их в таких устройствах, как двигатели, генераторы и громкоговорители.

Это их проникновение в нашу повседневную жизнь получило новый импульс с созданием ферритовых магнитов, и с тех пор постоянные магниты стали обычным явлением.

Революция в магнитных материалах началась около 1970 года, с созданием самарий-кобальтового семейства жестких магнитных материалов с доселе невиданной плотностью магнитной энергии. Затем было открыто новое поколение редкоземельных магнитов на основе неодима, железа и бора с гораздо более высокой плотностью магнитной энергии, чем у самарий-кобальтовых (SmCo) и с ожидаемо низкой стоимостью. Эти две семьи редкоземельных магнитов имеют такие высокие плотности энергии, что они не только могут заменить электромагниты, но использоваться в областях, недоступных для них. Примерами могут служить крошечный шаговый двигатель на постоянных магнитах в наручных часах и звуковые преобразователи в наушниках типа Walkman.

Постепенное улучшение магнитных свойств материалов представлено на диаграмме ниже.

Неодимовые постоянные магниты

Они представляют новейшее и наиболее значительное достижение в этой области на протяжении последних десятилетий. Впервые об их открытии было объявлено почти одновременно в конце 1983 года специалистами по металлам компаний Sumitomo и General Motors. Они основаны на интерметаллическом соединении NdFeB: сплаве неодима, железа и бора. Из них неодим является редкоземельным элементом, добываемым из минерала моназита.

Огромный интерес, которые вызвали эти постоянные магниты, возникает потому, что в первый раз был получен новый магнитный материал, который не только сильнее, чем у предыдущего поколения, но является более экономичным. Он состоит в основном из железа, которое намного дешевле, чем кобальт, и из неодима, являющегося одним из наиболее распространенных редкоземельных материалов, запасы которого на Земле больше, чем свинца. В главных редкоземельных минералах моназите и бастанезите содержится в пять-десять раз больше неодима, чем самария.

Физический механизм постоянной намагниченности

Чтобы объяснить функционирование постоянного магнита, мы должны заглянуть внутрь его до атомных масштабов. Каждый атом имеет набор спинов своих электронов, которые вместе формируют его магнитный момент. Для наших целей мы можем рассматривать каждый атом как небольшой полосовой магнит. Когда постоянный магнитразмагничен (либо путем нагрева его до высокой температуры, либо внешним магнитным полем), каждый атомный момент ориентирован случайным образом (см. рис. ниже) и никакой регулярности не наблюдается.

Когда же он намагничен в сильном магнитном поле, все атомные моменты ориентируются в направлении поля и как бы сцепляются «в замок» друг с другом (см. рис. ниже). Это сцепление позволяет сохранить поле постоянного магнита при удалении внешнего поля, а также сопротивляться размагничиванию при изменении его направления. Мерой силы сцепления атомных моментов является величина коэрцитивной силы магнита. Подробнее об этом позже.

При более глубоком изложении механизма намагничивания оперируют не понятиями атомных моментов, а используют представления о миниатюрных (порядка 0,001 см) областях внутри магнита, изначально обладающих постоянной намагниченностью, но ориентированных при отсутствии внешнего поля случайным образом, так что строгий читатель при желании может отнести вышеизложенный физический механизм не к магниту в целом. а к отдельному его домену.

Индукция и намагниченность

Атомные моменты суммируются и образуют магнитный момент всего постоянного магнита, а его намагниченность M показывает величину этого момента на единицу объема. Магнитная индукция B показывает, что постоянный магнит является результатом внешнего магнитного усилия (напряженности поля) H, прикладываемого при первичном намагничивании, а также внутренней намагниченности M, обусловленной ориентацией атомных (или доменных) моментов. Ее величина в общем случае задаётся формулой:

B = µ 0 (H + M),

где µ 0 является константой.

В постоянном кольцевом и однородном магните напряженность поля H внутри него (при отсутствии внешнего поля) равна нулю, так как по закону полного тока интеграл от нее вдоль любой окружности внутри такого кольцевого сердечника равен:

H∙2πR = iw=0 , откуда H=0.

Следовательно, намагниченность в кольцевом магните:

В незамкнутом магните, например, в том же кольцевом, но с воздушным зазором шириной l заз в сердечнике длиной l сер, при отсутствии внешнего поля и одинаковой индукции B внутри сердечника и в зазоре по закону полного тока получим:

H сер l сер + (1/ µ 0)Bl заз = iw=0.

Поскольку B = µ 0 (H сер + М сер), то, подставляя ее выражение в предыдущее, получим:

H сер (l сер + l заз) + М сер l заз =0,

H сер = ─ М сер l заз (l сер + l заз).

В воздушном зазоре:

H заз = B/µ 0 ,

причем B определяется по заданной М сер и найденной H сер.

Кривая намагничивания

Начиная с ненамагниченного состояния, когда Н увеличивается от нуля, вследствие ориентации всех атомных моментов по направлению внешнего поля быстро увеличиваются М и B, изменяясь вдоль участка «а» основной кривой намагничивания (см. рисунок ниже).

Когда выровнены все атомные моменты, М приходит к своему значению насыщения, и дальнейшее увеличение В происходит исключительно из-за приложенного поля (участок b основной кривой на рис. ниже). При уменьшении внешнего поля до нуля индукция В уменьшается не по первоначальному пути, а по участку «c» из-за сцепления атомных моментов, стремящегося сохранить их в том же направлении. Кривая намагничивания начинает описывать так называемую петлю гистерезиса. Когда Н (внешнее поле) приближается к нулю, то индукция приближается к остаточной величине, определяемой только атомными моментами:

В r = μ 0 (0 + М г).

После того как направление H изменяется, Н и М действуют в противоположных направлениях, и B уменьшается (участок кривой «d» на рис.). Значение поля, при котором В уменьшается до нуля, называется коэрцитивной силой магнита B H C . Когда величина приложенного поля является достаточно большой, чтобы сломать сцепление атомных моментов, они ориентируются в новом направлением поля, а направление M меняется на противоположное. Значение поля, при котором это происходит, называется внутренней коэрцитивной силой постоянного магнита М Н C . Итак, есть две разных, но связанных коэрцитивных силы, связанных с постоянным магнитом.

На рисунке ниже показаны основные кривые размагничивания различных материалов для постоянных магнитов.

Из него видно, что наибольшей остаточной индукцией B r и коэрцитивной силой (как полной, так и внутренней, т. е. определяемой без учета напряженности H, только по намагниченности M) обладают именно NdFeB-магниты.

Поверхностные (амперовские) токи

Магнитные поля постоянных магнитов можно рассматривать как поля некоторых связанных с ними токов, протекающих по их поверхностям. Эти токи называют амперовскими. В обычном смысле слова токи внутри постоянных магнитов отсутствуют. Однако, сравнивая магнитные поля постоянных магнитов и поля токов в катушках, французский физик Ампер предположил, что намагниченность вещества можно объяснить протеканием микроскопических токов, образующих микроскопические же замкнутые контуры. И действительно, ведь аналогия между полем соленоида и длинного цилиндрического магнита почти полная: имеется северный и южный полюс постоянного магнита и такие же полюсы у соленоида, а картины силовых линий их полей также очень похожи (см. рисунок ниже).

Есть ли токи внутри магнита?

Представим себе, что весь объем некоторого стержневого постоянного магнита (с произвольной формой поперечного сечения) заполнен микроскопическими амперовскими токами. Поперечный разрез магнита с такими токами показан на рисунке ниже.

Каждый из них обладает магнитным моментом. При одинаковой ориентации их по направлению внешнего поля они образуют результирующий магнитный момент, отличный от нуля. Он и определяет существование магнитного поля при кажущемся отсутствии упорядоченного движения зарядов, при отсутствии тока через любое сечение магнита. Легко также понять, что внутри него токи смежных (соприкасающихся) контуров компенсируются. Нескомпенсированными оказываются только токи на поверхности тела, образующие поверхностный ток постоянного магнита. Плотность его оказывается равной намагниченности M.

Как избавиться от подвижных контактов

Известна проблема создания бесконтактной синхронной машины. Традиционная ее конструкция с электромагнитным возбуждением от полюсов ротора с катушками предполагает подвод тока к ним через подвижные контакты — контактные кольца со щетками. Недостатки такого технического решения общеизвестны: это и трудности в обслуживании, и низкая надежность, и большие потери в подвижных контактах, особенно если речь идет о мощных турбо- и гидрогенераторах, в цепях возбуждения которых расходуется немалая электрическая мощность.

Если сделать такой генератор на постоянных магнитах, то проблема контакта сразу же уходит. Правда, появляется проблема надежного крепления магнитов на вращающемся роторе. Здесь может пригодиться опыт, накопленный в тракторостроении. Там уже давно применяется индукторный генератор на постоянных магнитах, расположенных в пазах ротора, залитых легкоплавким сплавом.

Двигатель на постоянных магнитах

В последние десятилетия широкое распространение получили вентильные двигатели постоянного тока. Такой агрегат представляет собой собственно электродвигатель и электронный коммутатор его обмотки якоря, выполняющий функции коллектора. Электродвигатель представляет собой синхронный двигатель на постоянных магнитах, расположенных на роторе, как и на рис. выше, с неподвижной обмоткой якоря на статоре. Электронный коммутатор схемотехнически представляет собой инвертор постоянного напряжения (или тока) питающей сети.

Основным преимуществом такого двигателя является его бесконтактность. Специфическим его элементом является фото-, индукционный или холловский датчик положения ротора, управляющий работой инвертора.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Переменное магнитное поле возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики магнитного поля часто вводят понятие силовых линий поля (линий магнитной индукции).

Для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции магнитного поля в системе единиц СГС является Гаусс (Гс), в Международной системе единиц (СИ) — Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (Э) и амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Э; энергия магнитного поля — в Эрг/см 2 или Дж/м 2 , 1 Дж/м 2 = 10 эрг/см 2 .

Компас реагирует
на магнитное поле Земли

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70-80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле равно в среднем 50 мкТл, на границе магнитосферы ~ 10 -3 Гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре.

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 Гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах.

Межпланетное магнитное поле — это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10 -4 -10 -5 Гс. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце — вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей магнитное поле играет важнейшую роль. Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10-100 Гс (при среднем значении общего магнитного поля Солнца ~ 1 Гс).

Магнитные бури

Магнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле.

Как правило, магнитные бури состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная — большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления магнитной бури поле возвращается к своему нормальному значению.

Влияние солнечного ветра
на магнитосферу Земли

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому магнитные бури чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу магнитной бури, и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

В явлениях микромира роль магнитного поля столь же существенна, как и в космических масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц — структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов), магнитного момента, а также действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

Применение магнитных полей в науке и технике. Магнитные поля обычно подразделяют на слабые (до 500 Гс), средние (500 Гс — 40 кГс), сильные (40 кГс — 1 МГс) и сверхсильные (свыше 1 МГс). На использовании слабых и средних магнитных полей основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. Слабые и средние магнитные поля получают при помощи постоянных магнитов, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, сверхпроводящих магнитов.

Источники магнитного поля

Все источники магнитных полей можно разделить на искусственные и естественные. Основными естественными источниками магнитного поля являются собственное магнитное поле планеты Земля и солнечный ветер. К искусственным источникам можно отнести все электромагнитные поля, которыми так изобилует наш современный мир, и наши дома в частности. Более подробно об , и читайте на нашем .

Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт — постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения — около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл. У трамваев, где обратный провод — рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне. Но самые большие колебания магнитного поля — в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее — 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке.

Значения индукции магнитных полей, наиболее часто встречаемых нами в повседневной жизни приведены на диаграмме ниже. Глядя на эту диаграмму становится ясно, что мы подвергаемся воздействию магнитных полей постоянно и повсеместно. По мнению некоторых ученых, вредными считаются магнитные поля с индукцией свыше 0,2 мкТл. Ествественно, что следует предпринимать определенные меры предосторожности, чтобы обезопасить себя от пагубного воздействия окружающих нас полей. Просто выполняя несколько несложных правил Вы можете в значительной мере снизить воздействие магнитных полей на свой организм.

В действующих СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения №1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» сказано следующее: «Предельно допустимый уровень ослабления геомагнитного поля в помещениях жилых зданий устанавливается равным 1,5». Также установлены предельно допустимые значения интенсивности и напряжённости магнитного поля частотой 50 Гц:

Исходя из указанных нормативов каждый может рассчитать какое количество электрических приборов может находиться во включённом состоянии и в состоянии ожидания в каждом конкретном помещении или же , на основании которого будут выданы рекомендации по нормализации жилого пространства.

Видеоматериалы по теме

Небольшой научный фильм о магнитном поле Земли

Использованная литература

1. Большая Советская Энциклопедия.

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля . Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются (рис. 1 ).

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса , т. е. будет постоянным магнитом (рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты . Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему (рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток (рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:

Если винт вращать по направлению линий поля, он будет двигаться в направлении тока в проводнике .

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B . В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита (рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа (рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта (рис. 8 )

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B .

Направление силы определяется правилом левой руки :

Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 9 ).

Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Отношение не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):

Магнитное поле.

Таблицы, схемы, формулы

(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)

Магнитное поле прямого проводника с током. Все о магнитах :: Класс!ная физика

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ

Если есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг
этого проводника можно с помощью железных опилок …

… или магнитных стрелок.

Под действием магнитного поля тока магнитные стрелки или железные опилки
располагаются по концентрическим окружностям.

Магнитные линии.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий.

Магнитные линии магнитного поля тока – это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.
Магнитные линии магнитного поля тока – это замкнутые кривые, охватывающие проводник.
У прямого проводника с током — это концентрические расширяющиеся окружности .
За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля.

Графическое изображение магнитного поля прямого проводника с током.

Направление магнитных линий магнитного поля тока
связано с направлением тока в проводнике:

ЧИТАЕМ !

Магнитный вечный двигатель.

Магнитные фокусы.

Тайны магнита.

УДИВИСЬ !

Интересно видеть, как железные опилки, притянувшись к полюсу магнита образуют кисти, отталкивающиеся друг от друга. А ведь они всего-навсего располагаются вдоль силовых линий магнитного поля!
___

А можете ли вы нарисовать картину магнитные линии магнитного поля проводника с током, свернутого в виде восьмерки?
Этот рисунок похож на тот, что представил себе ты?

МОЖНО ЛИ УВИДЕТЬ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ?

Надо включить цветной телевизор на какой- нибудь неподвижный кадр и поднести к нему магнит.
Цвета изображения на экране вблизи магнита изменятся!
Картинка будет сиять радужными разводами. Цветные полосы сгущаются вблизи контура магнита
как бы визуализируя магнитное поле. Интересно при этом вращать магнит, сдвигать его
или приближать и удалять от экрана.
Картина магнитного поля будет куда интересней, чем в опытах с опилками!

ПОЧЕМУ ?

К небольшому латунному диску свободно подвесили несколько стальных иголок.

Если снизу к иголкам медленно подносить магнит (например, южным полюсом),
то сначала иголки разойдутся, а затем, когда магнит приблизится совсем вплотную,
снова вернутся в вертикальное положение.
Почему?

Устали? — Отдыхаем!

Физика 9 кл. Неоднородное и однородное магнитное поле

Подробности: Просмотров: 301

1. Какое магнитное поле называется однородным? и где оно существует?

Однородное магнитное поле — это магнитное 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.

Например:

Однородное магнитное поле существует:
а) внутри соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током, если длина соленоида значительно больше его диаметра.
б) внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.

2. Какое магнитное поле называется неоднородным? и где оно существует?

Неоднородное магнитное поле — это магнитное поле, в котором сила, действующая на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.
Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Например:

Неоднородное магнитное поле существует:
а) снаружи полосового магнита,
б) снаружи соленоида (катушки с током),
в) вокруг прямого проводника с током.

3. Что вы знаете о направлении и форме линий поля полосового магнита?

Магнитное поле постоянного полосового магнита:

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.
Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов.
Это значит, что 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 нее поле магнита.
Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.
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.
Поле постоянного полосового магнита является неоднородным снаружи магнита и однородным внутри его центральной части..

4. Что вы знаете о магнитном поле прямого проводника с током?

Магнитное поле может прямолинейного проводника с током:

Проводник с током расположен перпендикулярно к плоскости чертежа.
Кружочком обозначено сечение проводника.
Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам.
Магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.
Магнитное поле прямого проводника с током неоднородно.

5. Что вы знаете о магнитном поле соленоида (катушки с током)?

Магнитное поле соленоида (катушки с током):

Магнитное поле соленоида (катушки с током) аналогично магнитному полю полосового магнита, если длина катушки больше ее диаметра.
Катушка с током представляет собой магнит.
Тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, является северным полюсом, а тот, в который входят, — южным.
Однородное магнитное поле, возникает внутри соленоида, т. е. 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.

6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?

Вокруг полосового магнита образуется неоднородное магнитное поле.

Вокруг прямолинейного проводника с током образуется неоднородное магнитное поле.

Внутри соленоида, если длина его больше его диаметра, образуется однородное магнитное поле.

7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля? однородного магнитного поля?

Сила, с которой манитное поле полосового магнита действует на помещенную в его неоднородное поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Сила, с которой манитное поле катушки с током действует на помещенную внутри катушки (в однородное поле) магнитную стрелку, в разных точках поля должна быть одинаковой как по модулю, так и по направлению.

8. Сравните картины расположения линий в неоднородном и однородном магнитных полях.

Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

9. Как изображают линии магнитного поля, направленные перпендикулярно к плоскости чертежа?

Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками.

Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены из-за чертежа к нам, то их изображают точками.

Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с н45аправлением магнитных линий).

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Педагогическое сообщество «Урок.рф»

Как научить старшеклассников грамотно действовать при возникновении различных опасных и чрезвычайных ситуаций? Помочь в этом учителю могут новые завершённые линии учебников «Основы безопасности жизнедеятельности» для 8–9 и 10–11 классов, выпущенные издательством «Русское слово».

Сегодня подведём итоги пользовательской активности за октябрь 2021 года. Для победителей призы подготовил Учебный центр «Урок». Традиционно педагогическое сообщество «УРОК.РФ» оказывает методическую помощь своим активным педагогам. Каждый месяц на сайте подводятся итоги пользовательской активности. Мы отмечаем самые популярные методические разработки и выявляем активных участников сообщества в целом. Победителей награждаем Дипломами и подарками.

В статье представлена информация для углубленного изучения строения земной коры

Для подростков особенно значимыми являются вопросы успешного общения и поведения в социуме, жизненных ценностей и самоопределения. Тематика занятия – базовые национальные ценности в российском обществе – определяет его актуальность. Обращение к жизненному опыту учащихся, использование средств наглядности (презентация; дерево успеха), элемент профориентации(шанс попробовать себя в роли создателя рекламы), возможность проявить свои творческие и организаторские способности делает содержание мероприятия доступным и увлекательным для ребят.

В основе педагогических приемов и техник, используемых на уроке, должны лежать следующие основные принципы: принцип деятельности, принцип обратной связи, принцип открытости, принцип свободы, принцип творчества

Презентация для классного часа 1 сентября

Данная контрольная работа по русскому языку для 11 класса «Сложноподчинённые предложения» рассчитана на 45 минут, проводится после аспектного изучения раздела «Виды сложноподчинённых предложений»

Отчёт об участии студентов учебной группы в акции возложения цветов к памятнику

Подборка задач для математического соревнования

Робототехника. Основы конструирования. Механическая передача. Мультипликатор.

В результате дорожно-транспортных происшествий на дорогах России погибает большое количество пешеходов. Самым распространенным видом ДТП является наезд на пешехода в условиях пониженной видимости (в темное время суток, при тумане, дожде или снегопаде). Заметность пешеходов намного выше, если на них имеется светоотражающие элементы одежды

Технологическая карта предназначена для учителей математики для проведения урока по теме «Виды треугольников»

Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов

тема урока постоянные магниты и их свойства . гипотеза ампера тема постоянные магниты и их свойства . гипотеза ампера домашнее задание у вас уже записано итак возвратимся в древнюю грецию и вспомним что существуют такие минералы которые называются магниты и они обладают свойством притягивать к себе железные предметы вот например гвоздь если мы возьмем магнит и поднесём к нему гвозди то он их притягивает вот значит вот это магнит что же такое магнит давайте попытаемся дать определение во первых это что тело так из какого вещества она сделана значение в данном случае пока что не имеет каково главное свойство этого тела притягивать к себе железные тела то есть свойство магнита это магнитные свойства магнитным свойствам мы называем способность тела притягивать к себе другие тела но посмотрите есть одна тонкость вот сейчас я к этому магниту поднес гвоздь магнит притянул к себе этот гвоздь но дело в том что этот гвоздь притягивает к себе ещё один гвоздь а может быть и 3 нет 3 уже не может если я сейчас от нему магнит от вот этого верхнего гвоздя посмотрите что будет с нижним гвоздем он упал значит этот магнит сохраняет свои магнитные свойства длительно а гвоздик перестает обладать магнитными свойствами если от него убрать вот этот магнит поэтому магнит это тело длительно обладающие магнитными свойствами гвоздик не магнит а вот это магнит потому что магнитные свойства у кого зря появляются когда он прикладывается к магниту а этому не важно есть рядом гвозди или нет и так запишем определение магнитом называются тело длительно сохраняющие свои магнитные свойства магнитом называется тело длительно сохраняющая свои магнитные свойства тела длительно сохраняющие свои магнитные свойства а теперь поговорим о свойствах магнитов постоянным магнитом кстати постоянным магнитом допишите слова постоянным магнитом называется тело длительно сохраняющие свои магнитные свойства свойства постоянных магнитов их довольно много и сейчас мы рассмотрим все эти свойства для того чтобы нам удобнее было эти свойства рассматривать давайте у крупным картинку половина кадра будет у нас крупный план половина кадра будет общий план сделаем так как мы уже много раз делали вот вот магнит который я вам показываю такие магниты носят название полосовой магнит , рисуем его и подпишем полосовой магнит полосовой магнит может быть у магнита и другая форма вот это магнит называется подковообразной или дугообразный нарисуем его чаще всего именно такой магнит представляют себе авторы разных технических рассказов там незнайки например дугообразный или подковообразный скобочках подковообразный магнит может иметь и вот такую форму это называется кольцевой магнит полюса здесь не раскрашены ну то что это магнит можно убедиться вот так он притягивает себе железные предметы значит это кольцевой магнит давайте его нарисую из трех мерки кольцо вот такое середине отверстия теперь смотрите оказывается что разные точки магнита по-разному действуют на железные предметы то есть магнитное действие магнита различно на разных участках его поверхности вот возьмем например вот этот полосовой магнит и покажем его и я сейчас буду к нему гвозди цеплять давайте чуть-чуть сделаем картинку мельче вот и цепляю гвоздик мало того что гвоздик держится он еще в состоянии удержать 2 гвоздик то есть его магнитные свойства вот здесь довольно сильный а он способен удержать целых два гвоздя но если я возьму и перемещу гвоздик вот сюда ближе к серединке то он уже второй глазик нет еще держит но уже но уже не так охотно а вот здесь смотрите здесь магнит вообще не может даже одного гвоздика удержать то есть в различных участках магнита на различных тоже различных точках поверхности магнита его магнитные свойства различны и так и запишем первое свойство магнитное действие магнита магнитное действие магнит а различно на разных участках его поверхности магнитное действие магнита различно на разных участках его поверхности те точки магнита те участки магнита где магнитное действие наиболее сильное в нашем случае это концы магнита вот например этот конец магнита вот и вот этот конец магнита они называются полюсы а вот тот участок где вообще магнитное действие незаметно это так называемая нейтральная линия можно взять и дугообразный магнетрона вот его полюс 1 2 а вот здесь нейтральная линия она не притягивает если взять такой магнит то у него полюсы один полю с этой стороны второй полюс с этой стороны а нейтральная линия по серединке вот здесь мне трудно здесь закрепить гвоздь потому что его притягивают к полюсам и так сразу напишем полюсы полюс полюс полюс полюс здесь полюс второй полюс магнита два полюса а вот эта линия называется нейтральная линия здесь она вот у кольцевого магнита нейтральная линиях в районе нейтральной линии магнитные свойства не проявляются то есть даже магнит не притягивает даже мелких гвоздиков обратите внимание полюс и окрашены в разные цвета мы об этом говорили уже довольно давно и второе свойство заключается в следующем магнит имеет северный и южный полюс магнит имеет северный и южный полюс магнит имеет северный и южный полюс то что магнитная стрелка компаса имеет северный и южный полюс это вы прекрасно знаете и магнитная стрелка северным полюсом указывает в направлении на север а если взять какой-нибудь другой магнит давайте я возьму другой магнит у которого полюс и никак не отмечены например вот такой момент это кольцевой магнит и один полюс у него здесь один полюс у него здесь как определить где север на где южный надо предоставить ему возможность свободно разместиться в магнитном поле тогда он как и магнитная стрелка северным концом северным полюсом разместиться в направлении на север вот я его отпускаю ведь он поворачивается и замирает в определенном положении если вы с помощью компаса захотите узнать где у нас тут север оказывается он вот там значит вот этот полюс магнита северный а тот южный поэтому я могу сразу даже поставить здесь букву н на северный полюс а с этой стороны я обозначу букву с так можно определить полюса магнита пользуясь его расположением в пространстве следующее свойство могли да давайте возьмем полосовой магнит и положим его и поднесем его к стрелки компаса эти уже вблизи полосового магнита стрелка разволновалась где северный конец стрелки вот я подношу полосовой магнит южным концом вы видите северный конец стрелки притягивается к южному концу попробуем повернуть полосовой магнит южный конец стрелки притягивается к северному полюсу полосового магнита то есть разноименные полюса магнитов притягиваются а одноименная отталкиваются правда здесь с помощью такого опыта невозможно сказать что происходит подталкивание скорее очевидным является притяжение мы привыкли к тому что магнит притягивает но оказывается магнит может и отталкивать и сейчас мы на другом опыте это продемонстрируем возьмем вот этот кольцевой магнит вот он на самом деле здесь два магнита они просто притянулись своими разноименными полюсами а давайте теперь мы развернем эти магниты одноименными полюсами вот так я уже чувствую отталкивание новом этого не видно а для того чтобы вы это увидели давайте наденем этот магнит на вот такой стержень и сверху положим 2 магнит видите они повисли верхней магнит не может коснуться нижнего потому что они отталкиваются друг от друга одноименные полюса отталкиваются запишем этот факт итак третье свойство магнитов одноименные полюса магнитов отталкиваются одноименные полюса магнитов отталкиваются , а разноимённые притягиваются одноименные полюса магнитов отталкиваются разноимённые притягиваются одноименные полюса магнитов отталкиваются разноимённые притягиваются я хочу сделать так чтобы не блестело стрелка так теперь боже упаси это грубейшая ошибка ребята никогда не путайте положительный и отрицательный электрический заряд с полюсами магнита ни в коем случае к сожалению такие ошибки допускают здесь совершенно свои свойства уникальные просто отталкивания одноименных полюсов и отталкивание одноимённых зарядов вот приводит иногда к таким ошибкам ни в коем случае ничего общего между положительным зарядом и северным там или южным полюсом магнита нет пошли дальше помните я вам показывал опыт где только что один гвоздь цеплял другой вот так то есть магнит приводил к тому что у этого гвоздя возникает магнитное свойства и в результате этого он притягивает к себе следующий гость так вот оказывается существует материалы которые единожды побывав в магнитном поле превращаются в магниты например вот это кусочек ножовочного полотна сейчас мы его найдем вот стальное полотно я его на магнитил перед уроком поместив сильное магнитное поле у меня есть очень сильный магнит которым я пользуюсь чтобы намагничивать вот такие вещи у него есть два полюса у этого магнита смотрите какой вот это полюс и южный ну я поставлю букву с а это северный поставим букву н а теперь что будет если я разломаю этот магнит на две части получится половинка с одним только северным полюсом и с одним только южным или нет вы говорите что нет давайте проверим возьмем эту ножовочные на живот и ножовочное полотно и разломаем его на 2 половинки смотрим какой здесь полюс северный поворачиваем южный значит половинка магнита тоже является магнитом у которого из два полюса то же самое касается между прочим и вот этой половинке вот у нее северный полюс вот у нее южный и можно кстати убедиться в том что разноимённые полюса будут притягиваться вот пожалуйста итак записываем важнейшие свойства оказывается если бы было по-другому если бы можно было отделить северный полюс от южного наш мир был бы совершенно с другими свойствами пишем невозможно получить магнит только с одним полюсом невозможно получить магнит только с одним полюсом невозможно получить магнит только с одним полюсом следующее свойство 5 вы видели что магнит притягивает к себе гвозди магнит притягивает к себе скрепки но если мы возьмем кусочек мела то к нему магнит совершенно безразличен если взять пластмасса то магнит тоже не действует на пласт массу следовательно магнит оказывает заметное действие только на тела изготовлены из определенных материалов эти материалы называются магнитные материалы запишем магнит оказывает заметное действие только на тела изготовленные из магнитных материалов магнит оказывает заметное действие только начало изготовленные из магнитных материалов донателло изготовлены из магнитных материалов кстати вот эти тела которые взаимодействуют так хорошо с магнитами называется ферромагнетика me ферромагнетики от слова ferum железо железо типичный ферромагнетика ферромагнетики самая известная ферромагнетики железо никель кобальт кстати в периодической системе элементов они рядышком расположены следующие свойства запишем при нагревании магнита до определенной температуры при нагревании магнита до определенной температуры его магнитные свойства теряются при нагревании магнита до определенной температуры его магнитные свойства исчезают при нагревании магнита до определенной температуры его магнитные свойства исчезают сейчас в этом убедишься итак газовая горелка теперь я возьму маленький вот такой магнитик он маленький но такой довольно сильный к этому маленькому магниту я присоединю гвоздик он притянется и гвоздик на магните lsa он приобрел магнитные свойства эти магнитные свойства можно обнаружить если например сюда прикрепить преподнести скрепочку и вот сейчас мы будем нагревать эту скрепку и посмотрим что будет включаем газовую горелку [музыка] убираем все лишнее чтобы она нас не отвлекало [музыка] нам понадобится еще вода все-таки огонь штука опасная и начинаем нагревать и начинаем нагревать скрепку сейчас будет видно вот начинаем нагревать скрип вина можно даже крупнее вот скрепка нагрелась до красна и от пола то есть она перестала взаимодействовать с магнитом она потеряла свои магнитные свойства температура при которой вещество ферромагнетика теряет свои магнитные свойства называются . кюри или температура пюре . пюре или температура кюри температура кюри для железо температура кюри 769 градусов цельсия ferum t с индексом к 769 градусах цельсия 769 градусов цельсия для других материалов температура кьюри другая для никеля она поменьше для кобальта на побольше и так мы познакомились с вами со свойствами постоянных магнитов почему же магнит обладает способностью притягивать к себе различные тела что порождает магнитное поле вокруг магнита для того чтобы ответить на этот вопрос давайте сейчас проделаем очень красивые опыты по визуализации магнитного поля сейчас мы с вами увидим магнитное поле своим глазами точнее увидим магнитные линии как вы помните магнитные линии это линии вдоль которых выстраиваются маленькие магнитные стрелки помещенные в магнитное поле если мы возьмем небольшой кусочек железо не намагниченного гвоздик что будет с ним если мы его поместим в магнитное поле например поднесем его к магнитов понятно что он притянется к магниту но он получается сам стал магнитом сам стал магнитом сейчас мы оживим наш телевизор и сможем продолжить работу и так гвоздик стал сам магнитом то есть он превратился в маленькую магнитную стрелочку где она у нас вот а что если мы возьмем очень маленький кусочек железо например железные опилки в магнитном поле каждая из параши на железных опилок с превратиться в магнитную стрелку с двумя полюсами северным и южным и эти полюсы будут выстраиваться вдоль линий магнитного поля значит у нас есть магнитные опилки вот они и сейчас мы с вами и сейчас мы с вами эти опилки будем использовать в качестве крошечных магнитных стрелок ну родной включайся а значит сейчас мы эти магнитные опилки вот можем дать более крупный план будем использовать в качестве в крошечных магнитных стрелок сначала мы с вами познакомимся с магнитным полем создаваемым прямым проводником витком и катушкой а потом сравним это поле с полями других источников таких как постоянные магниты у меня есть вот такое устройство здесь катушечка которая вот в этом месте уходит за чертеж и представляет собой модель прямого тока щас немножко изменим расположение камеры для того чтобы она была более вертикально чтобы мы могли наблюдать за этой катушкой и хорошо ее видеть вот так вот катушка теперь под нее подложим белый лист чтобы было хорошо видно и сейчас мы будем пропускать через эту катушку электрический ток присоединяем катушку к источнику тока подключаем источник тока к сети смотрим хорошо ли нам видно теперь берем железные опилки сейчас я проверю замкнуто ли цепь замкнута хорошо пока что ток не течет насыпем железные опилки на пластинку вот они расположились совершенно не интересным образом поместим картинку в центр так так так а теперь смотрите что я сделаю я на некоторое время ненадолго иначе катушка перегреется и может расплавить пластик подам ток и постучу по опилкам смотрите что мы с вами видим мы видим что опилки расположились вдоль линии магнитного поля может быть их слишком много давайте чуть-чуть уменьшим их количество вот так и ещё раз повторим этот опыт по сейчас лучше видно вы видите круговые вот такие линии вот здесь кусочек этой катушки можно считать прямым током и линии магнитного поля располагаются как окружности правда тут конечно влияет вот этот участок но ничего не поделаешь убираем эту катушку складываем опилки на место и заменяем катушку витком одиночный прямой провод заменяем на виток вот такой виток видите такой как я рисовал сегодня на предыдущем уроке подключаем этот виток на самом деле он из многих витков ну тогда получается более мощная более сильная магнитное поле снова посыпаем эту систему опилками вот немножко их так вот распределим ток пока не течет включаем ток и вот вы видите картину линии магнитного поля они выходят из одного с одной стороны катушки я чуть не проговорился из одного полюса катушки то есть катушка с током виток с током имеют свои полюсы и заходит с другой стороны вблизи самих витков вот тут вблизи проводников мы видим картину похожую на магнитное поле одиночного прямого тока и наконец возьмем катушку из нескольких витков это для нас наиболее важный сейчас опыт вот катушка из нескольких витков подключаемые к источнику тока источник тока пока выключена присыпаем опилками катушку включаем ток красота вот конфигурация магнитного поля катушки до которых девочки немножко похлопали смотрите внутри катушки линии магнитного поля почти параллельны х далее выходя из катушки они расходятся но они окружают катушку и снаружи запомнили эту картину а теперь сделаем вот что убираем источник тока вам больше не понадобиться убираем опилки и теперь мы под картонку поместим полосовой магнит чтобы он весь поместился нам нужен более мелкий план так и чтобы железяка штатива не мешало ножка отодвинемся вордака [музыка] он уже создает магнитное поле не нужно никакой ток пропускать накрываем магнит картонный и посыпаем порошком магнитными опилками ребята что вам вот это напоминает магнитное поле чего это напоминает это напоминает магнитное поле катушки с током и вот этот факт заметил французский физик ампер давайте поговорим об этом подробнее ампер обратил внимание на сходство магнитного поля создаваемого катушка истокам и полоса вaм магнитом вот полосовой магнит вот его северный полюс вот его южный полюс а вот катушка с проводом по которому пропускают электрический ток здесь северный полюс так чтобы тут был северный полюс ток должен течь вот сюда стало быть это должен быть отрицательный а это положительный полюс источника тока вот пропускаем ток и картина линий магнитного поля полосового магнита ампер в этом убедился очень похоже на картину линий магнитного поля катушки вот линии магнитного поля полосового магнита выходят из северного входят в южный но я больше не буду рисовать а вот линии магнитного поля катушки с током выходят с этой стороны заходит с этой стороны выходят с этой стороны заходят с этой стороны сходные картины полосовой магнит или просто постоянный магнит и катушка с током соленоид можно сказать катушка с током и полосовой магнит создают сходная магнитная поля во первых это значит что можно говорить о полюсах магнитных полюсов татушки то есть такое понятие как магнитный полюс магнита ничем не лучше понятия магнитный полюс катушки с током какой здесь полюсу катушки северной или южной северный н а здесь южный значит можно эти полюсах катушки с током но не это самое главное ампер догадался что магниты создают такое магнитное поле как катушка с током потому что там внутри вещества тоже циркулируют крошечные замкнутые электрические токи это было в первой половине 19 века еще не знали что там внутри атомов еще электрон не был открыт но уже ампер догадался что магнитные свойства вещества объясняются существованием в его объеме микроскопических замкнутых электрических токов и вот это утверждение носит название гипотеза ампера давайте запишем гипотеза ампера гипотеза ампера магнитные свойства вещества магнитные свойства вещества объясняются циркулирующими в его объеме магнитные свойства вещества объясняются циркулирующими в его объеме микроскопическими замкнутыми электрическими токами циркулирующими в его объеме микроскопическими замкнутыми электрическими токами тире молекулярными токами молекулярные токи циркулирующими в его объеме микроскопическими замкнутыми электрическими токами молекулярными токами то есть если есть у нас вот например магнит я покажу только его полюс один то там внутри в объеме крошечные замкнутые токи сейчас можно понять что это токи связанные например с движением электронов вокруг атомных ядер орбитальные токи оказывается есть и другие причины возникновения этих токов но на самом деле гипотеза ампера подтвердилось на практике это действительно так и есть магнитные свойства магнитов магнитные свойства ферромагнетиков магнитные свойства любого вещества объясняется наличием в его объеме крошечные замкнутых электрических токов молекулярных токов но и заключение давайте еще немножечко поиграемся с картинами магнитного поля различных магнитов кстати эти картинки называются магнитные спектры магнитные спектры магнитные spectra давайте посмотрим на пример как выглядит магнитное поле двух магнитов полосовых вот 2 полосовых магнитов которые мы обратим полюсами разноименными друг к другу так вот два магнита обращенные разноименными полюсами друг другу накрываем их картоном и посыпаем магнитными опилками вот магнитное поле 2 разноименных полюсов магнитов обращены к друг дружке можем даже нарисовать вот северный полюс одного магнита вот южный полюс другого магнита магнитные линии располагаются вот таким образом запомнили картинку а теперь я его воспроизведу вот так кстати магнитные линии выходят из северного полюса и заходит в южный запомните это магнитные линии выходят из северного полюса и заходят в южный а теперь тот же опыт повторим для разной мер для одноименных полюсов обращенных друг другу убираем опилки в баночку разворачиваем магниты одноименными полюсами другу они должны отталкиваться как мы знаем накрываем картоном и посыпаем вот такая картина нарисуем ее какими полюсами мы там обратили северными и южными и северными значит рисуем здесь северный полюс одного магнита н северный полюс другого магнита м. и. то что вы видите на экране давайте сейчас воспроизведен линии магнитного поля расположены вот так магниты как бы ненавидят друг друга и магнитными линиями хотят отвернуться другой друга вот такая картина линии магнитного поля 2 одноимённых полюсов обратите внимание линии выходят и у из этого полюса и из этого запомните линии магнитного поля выходит из северного полюса и входит в южные вот то что я хотел вам сегодня рассказать урок окончен будем пить чай

Постоянные магниты — Основы электроники

Когда-то легендарный пастух Магнес, нашел природный магнитный камень, притягивающий железо. В последствии этот камень назвали магнетит или магнитный железняк.

Рисунок 1. Магнитный железняк — магнетит

Кусок такой железной руды называется естественным магнитом, а проявляемое им свойство притяжения — магнетизмом.

О существовании магнитных железных руд и их замечательном свойстве — магнетизме известно было давно. Однако использовать эти свойства люди тогда еще не могли. В то время единственным практическим применением естественных магнитов было определение с их помощью сторон света: естественный магнит, подвешенный на нитке, поворачивался одним концом па север, а другим — на юг. Так появился первый компас, который широко использовался мореплавателями.

В наше время явление магнетизма используется чрезвычайно широко в различных электро- и радиоустановках. Однако теперь используются не естественные, а так называемые искусственные магниты.

Искусственные магниты изготовляются из специальных сортов стали и ее сплавов. Кусок такой стали особым образом намагничивают, после чего он приобретает магнитные свойства, т. е. становится постоянным магнитом.

Форма постоянных магнитов может быть самой разнообразной в зависимости от их назначения. На рис. 2 в качестве примера показаны наиболее распространенные формы постоянных магнитов: прямолинейный, подковообразный, кольцевой и полукольцевой.

Рисунок 2. Постоянные магниты различной формы

Чтобы ознакомиться с некоторыми свойствами постоянного магнита, проделаем ряд опытов.

Возьмем прямолинейный магнит, опустим его в железные опилки и затем вынем оттуда. Мы увидим, что опилки пристанут только к концам магнита (рис. 3). Значит, наибольшая сила притяжения постоянного магнита обнаруживается у его концов, а середина магнитными свойствами не обла дает.

Рисунок 3. Наибольшая сила притяжения магнита обнаруживается у его концов

Концы магнита называются полюсами, а линия, проходя щая через середину магнита, — нейтральной линией. У кольцеобразного магнита полюсами будут являться те его места, где обнаруживаются наибольшие силы притяжения.

Проделаем другой опыт. Подвесим прямолинейный магнит на нитке или возьмем магнитную стрелку, укрепленную на острие штатива (рис. 4). И в том и в другом случае мы заметим, что прямолинейный магнит (или магнитная стрелка) займет вполне определенное положение: один полюс магнита будет обращен к северному полюсу Земли, а другой — к ее южному полюсу. Тот конец магнита, который обращен на север, условились называть северным полюсом магнита, а конец, обращенный к югу, — южным полюсом магнита.

Рисунок 4. Магнитная стрелка и подвешеннвй прямолинейный магнит поворачиваются своими полюсами к полюсам Земли

Итак, каждый постоянный магнит имеет два полюса: северный и южный. Северный полюс магнита обозначается буквой С (север) или N (норд), южный — буквой Ю (юг) или S (зюйд).

Проделаем, наконец, третий опыт с постоянным магнитом. Поднесем к одному из полюсов магнита (безразлично к какому) стальной предмет. Этот предмет притянется к полюсу, и надо приложить значительное усилие, чтобы оторвать его от магнита. То же произойдет с предметами из чугуна, никеля и кобальта. Но есть металлы, на которые не действует постоянный магнит. Поднесем, например, к полюсу постоянного магнита медный предмет. Магнит не притянет его к себе. То же можно наблюдать и с другими предметами из цветных металлов—алюминия, латуни, серебра.

Следовательно, магнит притягивает к себе железо, сталь, чугун, никель, кобальт. Всё эти вещества называются магнитными. Все же остальные вещества, которые не притягиваются к магниту, называются немагнитными.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

На рисунке представлены магнитные линии поля создаваемого. Магнитное поле и его графическое изображение

Использование тестов на уроках дает возможность осуществлять реальную индивидуализацию и дифференциацию обучения; вносить своевременную коррекционную работу в процесс преподавания; достоверно оценивать и управлять качеством обучения. Предлагаемые тесты по теме “Магнитное поле” содержат по 10 заданий.

Тест №1

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

А. Около полюсов магнита.
Б. В центре магнита.
В.Действие магнитного поля проявляется равномерно в каждой точке магнита.

Верный ответ: А.

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

А. Нельзя.
Б. Можно.
В. Можно, но только на равнинах.

Верный ответ: А.

3. При каком условии магнитное поле появляется вокруг проводника?

А. Когда в проводнике возникает электрический ток.
Б. Когда проводник складывают вдвое.
В. Когда проводник нагревают.

Верный ответ: А.

А. Вверх.
Б. Вниз.
В. Направо.
Г. Налево.

Верный ответ: В.

5. Укажите фундаментальное свойство магнитного поля?

А. Его силовые линии всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.
Б. Магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов в природе нет.
В. Его силовые линии всегда имеют источники: они начинаются на отрицательных зарядах и оканчиваются на положительных.

Верный ответ: Б.

6.Выберите рисунок, где изображено магнитное поле.

Верный ответ: рис.2

7. По проволочному кольцу протекает ток. Укажите направление вектора магнитной индукции.

А. Вниз.
Б. Вверх.
В. Направо.

Верный ответ: Б.

8. Как ведут себя катушки с сердечниками, изображенные на рисунке.

А. Не взаимодействуют.
Б. Поворачиваются.
В. Отталкиваются.

Верный ответ: А.

9. Из катушки с током убрали железный сердечник. Как изменится картина магнитной индукции?

А. Густота магнитных линий многократно возрастет.
Б. Густота магнитных линий многократно уменьшится.
В. Картина магнитных линий не изменится.

Верный ответ: Б.

10. Каким способом можно изменить полюса магнитного катушки с током?

А. Ввести в катушку сердечник.
Б. Изменить направление тока в катушке.
В. Отключить источник тока.

Г. Увеличить силу тока.

Верный ответ: Б.

Тест №2

1. В Исландии и Франции морской компас начали использовать в 12-13 веках. Магнитный брусок закрепляли в центре деревянного креста, затем эту конструкцию помещали в воду, и крест, повернувшись, устанавливался в направлении север-юг. Каким полюсом магнитный брусок повернётся к северному магнитному полюсу Земли?

А. Северным.
Б. Южным.

Верный ответ: Б.

2. Какое вещество совсем не притягивается магнитом?

А. Железо.
Б. Никель.
В. Стекло.

Верный ответ: В.

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

А. Поднести к стене магнитную стрелку. Проводник с током и стрелка будут взаимодействовать.
Б. Осветить стены. Усиление света укажет на нахождение провода.
В. Местонахождение провода нельзя определить, не ломая стенового покрытия.

Верный ответ: А.

4. На рисунке показано расположение магнитной стрелки. Как в точке А направлен вектор магнитной индукции?

А. Вниз.
Б. Вверх.
В. Направо.
Г. Налево.

Верный ответ: А.

5. В чем состоит особенность линий магнитной индукции?

А. Линии магнитной индукции начинаются на положительных зарядах, оканчиваются на отрицательных.
Б. Линии не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.

Верный ответ: Б.

6. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости. На каком рисунке линии магнитной индукции изображены правильно.

Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4

Верный ответ: рис. 4.

7. По проволочному кольцу протекает ток. Укажите направление тока, если вектор магнитной индукции направлен вверх.

А. Против часовой стрелки.
Б. По часовой стрелке.

Верный ответ: А.

8. Определите характер взаимодействия катушек, изображенных на рисунке.

А. Притягиваются.
Б. Отталкиваются.
В. Не взаимодействуют.

Верный ответ: Б.

9. Рамка с током в магнитном поле поворачивается. В каком приборе используется это явление?

А. Лазерный диск.
Б. Амперметр.
В. Электромагнит.

Верный ответ: Б.

10. Почему рамка с током, помещенная между полюсами постоянного магнита вращается?

А. Из-за взаимодействия магнитных полей рамки и магнита.
Б. Из-за действия электрического поля рамки на магнит.

В. Из-за действия магнитного поля магнита на заряд в витке.

Верный ответ: А.

Литература: Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных документов/ А.В. Перышкин. — Дрофа, 2006.

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.

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.

20.1 Магнитные поля, силовые линии и сила — Физика

Задачи обучения разделу

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

Обобщите свойства магнитов и опишите, как некоторые немагнитные материалы могут намагничиваться
Описывать и интерпретировать рисунки магнитных полей вокруг постоянных магнитов и токоведущих проводов
Вычислить величину и направление магнитной силы в магнитном поле и силы, действующей на токоведущий провод в магнитном поле

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

(5) Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
- (G) исследует и описывает взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Кроме того, лабораторное руководство по физике в средней школе рассматривает содержание этого раздела лаборатории под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

(5) Научные концепции. Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
- (ГРАММ) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Раздел Ключевые термины

Магниты и намагничивание

Люди знали о магнитах и магнетизме тысячи лет. Самые ранние записи относятся к древним временам, особенно в регионе Малой Азии под названием Магнезия — название этого региона является источником таких слов, как магнит . Магнитные породы, обнаруженные в Магнезии, которая сейчас является частью западной Турции, вызвали интерес в древние времена. Когда люди впервые обнаружили магнитные породы, они, вероятно, обнаружили, что некоторые части этих пород притягивают куски железа или других магнитных пород сильнее, чем другие части. Эти области называются полюсами и магнита.Магнитный полюс — это часть магнита, которая оказывает наибольшую силу на другие магниты или магнитный материал, например, железо. Например, полюса стержневого магнита, показанного на рисунке 20.2, являются местом сосредоточения скрепок.

Рис. 20.2 Стержневой магнит со скрепками, притянутыми к двум полюсам.

Если стержневой магнит подвешен так, что он свободно вращается, один полюс магнита всегда будет поворачиваться на север, а противоположный полюс — на юг. Это открытие привело к созданию компаса, который представляет собой просто небольшой удлиненный магнит, установленный так, чтобы он мог свободно вращаться.Пример компаса показан на рисунке 20.3. Полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом, а противоположный полюс магнита — южным.

Рис. 20.3 Компас — это удлиненный магнит, установленный в устройстве, которое позволяет магниту свободно вращаться.

Открытие того, что один полюс магнита ориентирован на север, а другой — на юг, позволило людям идентифицировать северный и южный полюса любого магнита. Затем было замечено, что северные полюса двух разных магнитов отталкиваются друг от друга, как и южные полюса.И наоборот, северный полюс одного магнита притягивает южный полюс других магнитов. Эта ситуация аналогична ситуации с электрическим зарядом, когда одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются. В магнитах мы просто заменяем заряд на полюс : Полюса отталкиваются, а полюса — притягиваются. Это показано на рисунке 20.4, на котором показано, как сила между магнитами зависит от их взаимной ориентации.

Рис. 20.4 В зависимости от их взаимной ориентации полюса магнита будут притягиваться друг к другу или отталкиваться.

Еще раз рассмотрим тот факт, что полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом магнита. Если противоположные полюса притягиваются, то магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Северному полюсу, должен быть магнитным южным полюсом! Точно так же магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Южному полюсу, должен быть магнитным северным полюсом. Эта ситуация изображена на рис. 20.5, на котором Земля представлена как содержащая гигантский внутренний стержневой магнит с южным магнитным полюсом на географическом Северном полюсе и наоборот.Если бы мы каким-то образом подвесили гигантский стержневой магнит в космосе рядом с Землей, то северный полюс космического магнита был бы притянут к южному полюсу внутреннего магнита Земли. По сути, именно это происходит со стрелкой компаса: ее северный магнитный полюс притягивается к южному полюсу внутреннего магнита Земли.

Рис. 20.5. Землю можно представить как содержащую гигантский магнит, проходящий через ее ядро. Южный магнитный полюс магнита Земли находится на географическом Северном полюсе, поэтому северный полюс магнитов притягивается к Северному полюсу, так северный полюс магнитов получил свое название.Точно так же южный полюс магнитов притягивается к географическому Южному полюсу Земли.

Что произойдет, если разрезать стержневой магнит пополам? Вы получаете один магнит с двумя южными полюсами и один магнит с двумя северными полюсами? Ответ отрицательный: каждая половина стержневого магнита имеет северный и южный полюсы. Вы даже можете продолжить разрезать каждую часть стержневого магнита пополам, и вы всегда получите новый магнит меньшего размера с двумя противоположными полюсами. Как показано на рисунке 20.6, вы можете продолжить этот процесс вплоть до атомного масштаба, и вы обнаружите, что даже самые маленькие частицы, которые ведут себя как магниты, имеют два противоположных полюса. Фактически, ни в одном эксперименте не было обнаружено никаких объектов с одним магнитным полюсом, от мельчайших субатомных частиц, таких как электроны, до самых больших объектов во Вселенной, таких как звезды. Поскольку магниты всегда имеют два полюса, их называют магнитными диполями: di означает два . Ниже мы увидим, что магнитные диполи обладают свойствами, аналогичными электрическим диполям.

Рис. 20.6. Все магниты имеют два противоположных полюса, от самых маленьких, таких как субатомные частицы, до самых больших, таких как звезды.

Watch Physics

Введение в магнетизм

Это видео представляет интересное введение в магнетизм и обсуждает, в частности, как электроны вокруг своих атомов вносят вклад в наблюдаемые нами магнитные эффекты.

Проверка захвата

К какому магнитному полюсу Земли притягивается северный полюс стрелки компаса?

Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.
Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.

Только определенные материалы, такие как железо, кобальт, никель и гадолиний, обладают сильными магнитными эффектами.Такие материалы называются ферромагнетиками, от латинского слова ferrum , обозначающего железо. Другие материалы обладают слабыми магнитными эффектами, которые можно обнаружить только с помощью чувствительных инструментов. Ферромагнитные материалы не только сильно реагируют на магниты — так, как железо притягивается к магнитам, — но они также могут намагничиваться сами, то есть их можно вызвать намагничиванием или превратить в постоянные магниты (рис. 20.7). Постоянный магнит — это просто материал, который сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени даже при воздействии размагничивающих воздействий.

Рисунок 20.7 Немагниченный кусок железа помещается между двумя магнитами, нагревается, а затем охлаждается, или просто постукивается в холодном состоянии. Утюг становится постоянным магнитом с выровненными полюсами, как показано: его южный полюс примыкает к северному полюсу исходного магнита, а его северный полюс примыкает к южному полюсу исходного магнита. Обратите внимание, что силы притяжения создаются между центральным магнитом и внешними магнитами.

Когда магнит приближается к ранее ненамагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами, расположенными ближе всего, как на правой стороне рисунка 20.7. Это вызывает силу притяжения, поэтому немагнитное железо притягивается к магниту.

То, что происходит в микроскопическом масштабе, показано на Рисунке 7 (а). Области внутри материала, называемые доменами, действуют как маленькие стержневые магниты. Внутри доменов выровнены магнитные полюса отдельных атомов. Каждый атом действует как крошечный стержневой магнит. В немагнитном ферромагнитном объекте домены имеют небольшие размеры и ориентированы случайным образом. В ответ на внешнее магнитное поле домены могут вырасти до миллиметра, выравниваясь, как показано на рисунке 7 (b).Это индуцированное намагничивание можно сделать постоянным, если материал нагреть, а затем охладить, или просто постучать в присутствии других магнитов.

Рис. 20.8 (a) Немагниченный кусок железа или другой ферромагнитный материал имеет произвольно ориентированные домены. (б) При намагничивании внешним магнитом домены демонстрируют большее выравнивание, и некоторые из них растут за счет других. Отдельные атомы выровнены внутри доменов; каждый атом действует как крошечный стержневой магнит.

И наоборот, постоянный магнит можно размагнитить сильными ударами или нагреванием в отсутствие другого магнита. Повышенное тепловое движение при более высокой температуре может нарушить и изменить ориентацию и размер доменов. Для ферромагнитных материалов существует четко определенная температура, называемая температурой Кюри, выше которой они не могут намагничиваться. Температура Кюри для железа составляет 1043 К (770 ° C ° C), что намного выше комнатной температуры. Есть несколько элементов и сплавов, которые имеют температуру Кюри намного ниже комнатной температуры и являются ферромагнитными только ниже этих температур.

Snap Lab

Магниты на холодильник

Мы знаем, что подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Посмотрим, сможете ли вы показать это на примере двух магнитов на холодильник. Прилипнут ли магниты, если их перевернуть? Почему они вообще прилепляются к дверце холодильника? Что вы можете сказать о магнитных свойствах дверцы холодильника возле магнита? Магниты на холодильник прилипают к металлическим или пластиковым ложкам? Прилипают ли они ко всем типам металла?

Поддержка учителя

Если держать магнит рядом с немагнитным ферромагнитным материалом, он поляризует ферромагнитный материал магнитным полем, заставляя атомные магнитные диполи ориентироваться по направлению к внешнему магниту. Это похоже на электрическую поляризацию. Таким образом, ферромагнитный материал намагничивается в присутствии внешнего магнита, и два магнита притягиваются друг к другу. Чтобы магнит прилипал к дверце холодильника, дверца должна содержать какой-то ферромагнитный материал. Магниты будут прилипать к ложкам из железа, например к ложкам с железом, но не к ложкам из цветных металлов, таким как ложки из алюминия или серебра, и не будут прилипать к магниту. Магниты также не будут прилипать к пластиковым ложкам.

Проверка захвата

У вас есть один магнит с обозначенными северным и южным полюсами.Как вы можете использовать этот магнит для определения северного и южного полюсов других магнитов?

Если северный полюс известного магнита отталкивается полюсом неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.
Если северный полюс известного магнита притягивается к полюсу неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.

Магнитные поля

Таким образом, мы увидели, что силы могут применяться между магнитами, а также между магнитами и ферромагнитными материалами без какого-либо контакта между объектами.Это напоминает электрические силы, которые действуют на расстоянии. Электрические силы описываются с использованием концепции электрического поля, которое представляет собой силовое поле вокруг электрических зарядов, которое описывает силу, действующую на любой другой заряд, помещенный в это поле. Точно так же магнит создает вокруг себя магнитное поле, которое описывает силу, действующую на другие магниты, помещенные в это поле. Как и в случае с электрическими полями, графическое представление силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.

Как показано на рисунке 20.9, направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный полюс стрелки компаса. Если вы поместите компас рядом с северным полюсом магнита, северный полюс стрелки компаса будет отталкиваться и указывать в сторону от магнита. Таким образом, силовые линии магнитного поля направлены от северного полюса магнита к его южному полюсу.

Рисунок 20.9 Черные линии представляют силовые линии магнитного поля стержневого магнита.Линии поля указывают в направлении, в котором будет указывать северный полюс небольшого компаса, как показано слева. Силовые линии магнитного поля никогда не останавливаются, поэтому силовые линии фактически проникают в магнит, образуя полные петли, как показано справа.

Силовые линии магнитного поля можно нанести на карту с помощью небольшого компаса. Компас перемещается от точки к точке вокруг магнита, и в каждой точке проводится короткая линия в направлении стрелки, как показано на рисунке 20.10. Соединение линий вместе показывает путь линии магнитного поля.Еще один способ визуализировать силовые линии магнитного поля — это рассыпать железные опилки вокруг магнита. Опилки будут ориентироваться вдоль силовых линий магнитного поля, образуя узор, подобный изображенному справа на рис. 20.10.

Виртуальная физика

Использование компаса для построения карты магнитного поля

Эта симуляция представляет вам стержневой магнит и небольшой компас. Начните с перетаскивания компаса вокруг стержневого магнита, чтобы увидеть, в каком направлении направлено магнитное поле.Обратите внимание, что сила магнитного поля представлена яркостью значков магнитного поля в сетке вокруг магнита. Используйте измеритель магнитного поля, чтобы проверить напряженность поля в нескольких точках вокруг стержневого магнита. Вы также можете изменить полярность магнита или поместить Землю на изображение, чтобы увидеть, как компас ориентируется.

Проверка захвата

С помощью ползунка в правом верхнем углу окна моделирования установите напряженность магнитного поля на 100 процентов.Теперь используйте измеритель магнитного поля, чтобы ответить на следующий вопрос: где магнитное поле самое сильное, а где самое слабое возле магнита? Не забудьте проверить стержневой магнит изнутри.

Магнитное поле самое сильное в центре и самое слабое между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом. Силовые линии магнитного поля наиболее плотные в центре и наименее плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
Магнитное поле самое сильное в центре и самое слабое между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.Линии магнитного поля наименее плотны в центре и наиболее плотны между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
Магнитное поле самое слабое в центре и самое сильное между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом. Силовые линии магнитного поля наиболее плотные в центре и наименее плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
Магнитное поле самое слабое в центре и самое сильное между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом, а силовые линии магнитного поля наименее плотные в центре и самые плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.

Рисунок 20. 10 Силовые линии магнитного поля можно нарисовать, перемещая небольшой компас от точки к точке вокруг магнита. В каждой точке проведите короткую линию в направлении стрелки компаса. Соединение точек вместе показывает путь линий магнитного поля. Другой способ визуализировать силовые линии магнитного поля — это рассыпать железные опилки вокруг магнита, как показано справа.

Когда два магнита сближаются, силовые линии магнитного поля возмущаются, как это происходит с силовыми линиями электрического поля, когда два электрических заряда сближаются.Соединение двух северных полюсов или двух южных полюсов вызовет отталкивание, и силовые линии магнитного поля будут отклоняться друг от друга. Это показано на рисунке 20.11, где показаны силовые линии магнитного поля, созданные двумя близко расположенными северными полюсами стержневого магнита. Когда противоположные полюса двух магнитов сводятся вместе, силовые линии магнитного поля соединяются и становятся более плотными между полюсами. Эта ситуация показана на рисунке 20. 11.

Рис. 20.11 (a) Когда два северных полюса сближаются, силовые линии магнитного поля отталкиваются друг от друга, и два магнита испытывают силу отталкивания.То же самое происходит, если два южных полюса сближаются. (b) Если противоположные полюса сближаются, силовые линии магнитного поля между полюсами становятся более плотными, и магниты испытывают силу притяжения.

Подобно электрическому полю, магнитное поле сильнее там, где линии более плотные. Таким образом, между двумя северными полюсами на рисунке 20.11 магнитное поле очень слабое, потому что плотность магнитного поля почти равна нулю. Компас, помещенный в эту точку, по сути, будет свободно вращаться, если мы не будем учитывать магнитное поле Земли.Напротив, силовые линии магнитного поля между северным и южным полюсами на рисунке 20.11 очень плотные, что указывает на то, что магнитное поле в этой области очень сильное. Компас, помещенный здесь, быстро выровнялся бы с магнитным полем и указывал бы на южный полюс справа.

Поддержка учителей

Предупреждение о неправильном представлении

Плотность силовых линий магнитного поля на рисунке 20.11 указывает величину силы, которая будет приложена к небольшому испытательному магниту, помещенному в это поле.Плотность не указывает силу между двумя магнитами, создающими поле. Величина силы между двумя магнитами одинакова в обоих случаях на рисунке 20.11. Это можно понять, представив, что вы помещаете один из магнитов в поле другого магнита. Эта ситуация симметрична: магнитные поля выглядят одинаково — за исключением направления — для обеих ситуаций, показанных на рисунке 20.11. Поскольку магниты имеют одинаковую силу, они возмущают магнитное поле противоположного магнита, поэтому магнитное поле необходимо исследовать с помощью небольшого магнитного поля, такого как компас.

Обратите внимание, что магниты — не единственное, что создает магнитные поля. В начале девятнадцатого века люди обнаружили, что электрические токи вызывают магнитные эффекты. Первое важное наблюдение было сделано датским ученым Гансом Кристианом Эрстедом (1777–1851), который обнаружил, что стрелка компаса отклоняется проводом с током. Это было первое существенное свидетельство того, что движение электрических зарядов имеет какую-либо связь с магнитами. Электромагнит — это устройство, которое использует электрический ток для создания магнитного поля.Эти временно индуцированные магниты называются электромагнитами. Электромагниты используются во всем: от крана для разборки, который поднимает сломанные автомобили, до управления пучком ускорителя частиц с окружностью 90 км и магнитов в машинах для медицинской визуализации (см. Рис. 20.12).

Рисунок 20.12 Прибор для магнитно-резонансной томографии (МРТ). В устройстве используется электромагнит с цилиндрической катушкой для создания основного магнитного поля. Пациент идет в тоннель на каталке. (кредит: Билл МакЧесни, Flickr)

Магнитное поле, создаваемое электрическим током в длинном прямом проводе, показано на рисунке 20.13. Силовые линии магнитного поля образуют концентрические круги вокруг провода. Направление магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки . Это правило проявляется в нескольких местах при изучении электричества и магнетизма. Применительно к прямому токонесущему проводу правило правой руки гласит, что когда большой палец правой руки направлен в направлении тока, магнитное поле будет в том направлении, в котором изгибаются ваши пальцы правой руки, как показано на рисунке 20.13. Если провод очень длинный по сравнению с расстоянием × от провода, сила магнитного поля B будет равна

. B прямой = μ0I2πrB прямой = μ0I2πr

20,1

, где I — ток в проводе в амперах. Единицей измерения магнитного поля в системе СИ является тесла (Тл). Символ μ0μ0 — читается как «мю-ноль» — это константа, называемая «проницаемостью свободного пространства», и задается как

. μ0 = 4π × 10−7T⋅m / A. μ0 = 4π × 10−7T⋅m / A.

20,2

Рисунок 20.13 На этом изображении показано, как использовать правило правой руки для определения направления магнитного поля, создаваемого током, протекающим по прямому проводу. Направьте большой палец правой руки в направлении тока, и магнитное поле будет в том направлении, в котором изгибаются ваши пальцы.

Watch Physics

Магнитное поле, создаваемое электрическим током

В этом видео описывается магнитное поле, создаваемое прямым проводом с током. Он переходит к правилу правой руки для определения направления магнитного поля, а также представляет и обсуждает формулу для силы магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током.

Проверка захвата

Длинный прямой провод кладут на столешницу, и электрический ток течет по нему справа налево. Если вы посмотрите на конец провода с левого конца, магнитное поле движется по часовой стрелке или против часовой стрелки?

Если направить большой палец правой руки в направлении, противоположном току, пальцы правой руки будут изгибаться против часовой стрелки, поэтому магнитное поле будет направлено против часовой стрелки.
Если направить большой палец правой руки в направлении, противоположном току, пальцы правой руки будут изгибаться по часовой стрелке, поэтому магнитное поле будет в направлении по часовой стрелке.
Если направить большой палец правой руки в направлении тока, пальцы правой руки будут сгибаться против часовой стрелки, поэтому магнитное поле будет направлено против часовой стрелки.
Если направить большой палец правой руки в направлении тока, пальцы правой руки будут изгибаться по часовой стрелке, поэтому магнитное поле будет направлено по часовой стрелке.

Теперь представьте, что наматывается проволока вокруг цилиндра, после чего цилиндр снят. В результате получается катушка с проволокой, как показано на рисунке 20.14. Это называется соленоидом. Чтобы найти направление магнитного поля, создаваемого соленоидом, примените правило правой руки к нескольким точкам катушки. Вы должны убедиться, что внутри катушки магнитное поле направлено слева направо. Фактически, еще одно применение правила правой руки — сгибать пальцы правой руки вокруг катушки в направлении, в котором течет ток. Затем ваш большой палец правой руки указывает в направлении магнитного поля внутри катушки: в данном случае слева направо.

Рисунок 20.14 Катушка с проводом, через которую проходит ток, как показано, создает магнитное поле в направлении красной стрелки.

Каждая петля из проволоки создает магнитное поле внутри соленоида. Поскольку силовые линии магнитного поля должны образовывать замкнутые петли, силовые линии замыкают петлю за пределами соленоида. Силовые линии магнитного поля внутри соленоида намного плотнее, чем вне соленоида. Результирующее магнитное поле очень похоже на магнитное поле стержневого магнита, как показано на рисунке 20. 15. Напряженность магнитного поля внутри соленоида

. Bsolenoid = μ0NIℓ, Bsolenoid = μ0NIℓ,

20,3

, где N — количество витков в соленоиде, а ℓℓ — длина соленоида.

Рис. 20.15. Железные опилки показывают картину магнитного поля вокруг (а) соленоида и (б) стержневого магнита. Картины полей очень похожи, особенно возле концов соленоида и стержневого магнита.

Виртуальная физика

Электромагниты

Используйте это моделирование для визуализации магнитного поля, созданного соленоидом.Обязательно щелкните вкладку с надписью «Электромагнит». Вы можете пропустить через соленоид переменный или постоянный ток, выбрав соответствующий источник тока. Используйте измеритель поля для измерения силы магнитного поля, а затем измените количество витков в соленоиде, чтобы увидеть, как это влияет на напряженность магнитного поля.

Проверка захвата

Выберите аккумулятор в качестве источника тока и установите количество витков на четыре. С ненулевым током, протекающим через соленоид, измерьте напряженность магнитного поля в точке.Теперь уменьшите количество проволочных петель до двух. Как изменится напряженность магнитного поля в выбранной вами точке?

При уменьшении количества витков с четырех до двух напряженность магнитного поля не изменится.
Напряженность магнитного поля уменьшается до половины от исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
Напряженность магнитного поля увеличивается вдвое по сравнению с исходным значением, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
Напряженность магнитного поля увеличивается в четыре раза от исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.

Магнитная сила

Если движущийся электрический заряд, то есть электрический ток, создает магнитное поле, которое может воздействовать на другой магнит, то по третьему закону Ньютона должно быть верно обратное. Другими словами, заряд, движущийся через магнитное поле, созданное другим объектом, должен испытывать силу — и это именно то, что мы находим.В качестве конкретного примера рассмотрим рисунок 20.16, на котором показан заряд q , движущийся со скоростью v → v → через магнитное поле B → B → между полюсами постоянного магнита. Величина F силы, испытываемой этим зарядом, равна

. F = qvBsinθ, F = qvBsinθ,

20,4

где θθ — угол между скоростью заряда и магнитным полем.

Направление силы можно найти с помощью другой версии правила правой руки: сначала мы соединяем хвосты вектора скорости и вектора магнитного поля, как показано на шаге 1 рисунка 20.16. Затем мы сгибаем пальцы правой руки от v → v → к B → B →, как показано в шаге (2) рисунка 20.16. Направление, в котором указывает большой палец правой руки, — это направление силы. Для заряда на рис. 20.16 мы обнаруживаем, что сила направлена внутрь страницы.

Обратите внимание, что множитель sinθsinθ в уравнении F = qvBsinθF = qvBsinθ означает, что к заряду, движущемуся параллельно магнитному полю, приложена нулевая сила, поскольку θ = 0θ = 0 и sin0 = 0sin0 = 0. Максимальная сила, которую может испытывать заряд, — это когда он движется перпендикулярно магнитному полю, потому что θ = 90 ° θ = 90 °. и sin90 ° = 1.sin90 ° = 1.

Рис. 20.16 (а) Протон движется в однородном магнитном поле. (б) Используя правило правой руки, обнаруживается, что сила, действующая на протон, направлена внутрь страницы.

Ссылки на физику

Магнитогидродинамический привод

В романе Тома Клэнси о холодной войне «Охота за Красный Октябрь» Советский Союз построил подводную лодку (см. Рис. 20.17) с магнитогидродинамическим приводом, который был настолько бесшумным, что его невозможно было обнаружить. надводные корабли. Единственная возможная цель создания такой подводной лодки заключалась в том, чтобы дать Советскому Союзу возможность первого удара, потому что эта подводная лодка могла подкрасться к побережью Соединенных Штатов и запустить баллистические ракеты, уничтожая ключевые военные и правительственные объекты, чтобы предотвратить американскую контратаку. .

Рисунок 20.17 Российская подводная лодка с баллистическими ракетами типа «Тайфун», на которой базировалась вымышленная подводная лодка «Красный Октябрь».

Магнитогидродинамический привод должен быть бесшумным, поскольку в нем нет движущихся частей. Вместо этого он использует силу, испытываемую заряженными частицами, движущимися в магнитном поле. Основная идея такого привода изображена на рис. 20.18. Соленая вода течет по каналу, идущему от передней части к задней части подводной лодки. Магнитное поле прикладывается горизонтально к каналу, а напряжение прикладывается к электродам в верхней и нижней части канала, чтобы направить нисходящий электрический ток через воду.Носителями заряда являются положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора соли. Используя правило правой руки, обнаруживается, что сила, действующая на носители заряда, направлена к задней части судна. Ускоренные заряды сталкиваются с молекулами воды и передают свой импульс, создавая струю воды, которая вылетает из задней части канала. По третьему закону Ньютона на сосуд действует сила равной величины, но в противоположном направлении.

Рис. 20.18 Схематический чертеж магнитогидродинамического привода, показывающий водный канал, направление тока, направление магнитного поля и результирующую силу.

К счастью для всех, оказалось, что такая силовая установка не очень практична. Некоторые предварительные расчеты показывают, что для питания подводной лодки потребуются либо чрезвычайно высокие магнитные поля, либо чрезвычайно высокие электрические токи для получения разумной тяги. Кроме того, прототипы магнитогидродинамических приводов показывают, что они совсем не бесшумны. Электролиз, вызванный пропусканием тока через соленую воду, создает пузырьки водорода и кислорода, что делает эту двигательную установку довольно шумной.Система также оставляет след из хлорид-ионов и хлоридов металлов, который можно легко обнаружить, чтобы определить местонахождение подводной лодки. Наконец, ионы хлора чрезвычайно реактивны и очень быстро разъедают металлические детали, такие как электрод или сам водяной канал. Таким образом, Красный Октябрь остается в сфере фантастики, но его физика вполне реальна.

Проверка захвата

Представьте себе лодку, приводимую в движение силой заряженных частиц, движущихся в магнитном поле. Если магнитное поле направлено вниз, в каком направлении должен течь ток заряженных частиц, чтобы получить силу, направленную назад?

Течение должно течь вертикально сверху вниз, если смотреть сзади лодки.
Течение должно течь вертикально снизу вверх, если смотреть сзади лодки.
Течение должно течь горизонтально слева направо, если смотреть сзади лодки.
Течение должно течь горизонтально справа налево, если смотреть сзади лодки.

Вместо одиночного заряда, движущегося в магнитном поле, рассмотрим теперь постоянный ток I , движущийся по прямому проводу. Если мы поместим этот провод в однородное магнитное поле, как показано на рисунке 20.19, какова сила, действующая на провод или, точнее, на электроны в проводе? Электрический ток включает в себя движущиеся заряды. Если заряды q перемещаются на расстояние ℓℓ за время t , то их скорость будет v = ℓ / t.v = / t. Подставляя это в уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ, получаем

F = q (ℓt) Bsinθ = (qt) ℓBsinθ.F = q (ℓt) Bsinθ = (qt) ℓBsinθ.

20,5

Коэффициент q / t в этом уравнении — не что иное, как ток в проводе.Таким образом, используя I = q / tI = q / t, получаем

F = IℓBsinθ (1.4). F = IℓBsinθ (1.4).

20,6

Это уравнение дает силу, действующую на прямой провод с током длиной в магнитном поле с напряженностью B . Угол θθ — это угол между вектором тока и вектором магнитного поля. Обратите внимание, что ℓℓ — это длина провода, находящегося в магнитном поле, для которого θ ≠ 0, θ ≠ 0, как показано на рисунке 20. 19.

Направление силы определяется так же, как и для одиночного заряда.Согните пальцы правой руки от вектора I к вектору B , а большой палец правой руки будет указывать в направлении силы, действующей на провод. Для провода, показанного на рис. 20.19, сила направлена внутрь страницы.

Рисунок 20.19 Прямой провод, по которому течет ток I в магнитном поле B . Сила, приложенная к проволоке, направлена внутрь страницы. Длина ℓℓ — это длина провода, равная в магнитном поле.

В этом разделе вы могли заметить симметрию между магнитными и электрическими эффектами.Все эти эффекты подпадают под понятие электромагнетизма, которое является исследованием электрических и магнитных явлений. Мы видели, что электрические заряды создают электрические поля, а движущиеся электрические заряды создают магнитные поля. Магнитный диполь создает магнитное поле, и, как мы увидим в следующем разделе, движущиеся магнитные диполи создают электрическое поле. Таким образом, электричество и магнетизм — два тесно связанных и симметричных явления.

Рабочий пример

Траектория электрона в магнитном поле

Протон входит в область постоянного магнитного поля, как показано на рисунке 20.20. Магнитное поле выходит из страницы. Если электрон движется со скоростью 3,0 × 106 м / с3,0 × 106 м / с, а напряженность магнитного поля составляет 2,0 Тл, каковы величина и направление силы, действующей на протон?

Рис. 20.20. Протон попадает в область однородного магнитного поля. Магнитное поле исходит из страницы — кружки с точками представляют наконечники векторных стрелок, выходящих из страницы.

Стратегия

Используйте уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ, чтобы найти величину силы, действующей на протон.Угол между векторами магнитного поля и вектором скорости протона составляет 90 ° .90 °. Направление силы можно найти с помощью правила правой руки.

Решение

Заряд протона q = 1.60 · 10−19Cq = 1.60 · 10−19C. Ввод этого значения, заданной скорости и напряженности магнитного поля в уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ дает

F = qvBsinθ = (1,60 × 10−19C) (3,0 × 106 м / с) (2,0T) sin (90 °) = 9,6 × 10−13N. F = qvBsinθ = (1,60 × 10−19C) (3,0 × 106 м / с) (2..

Обсуждение

Это похоже на очень маленькую силу. Однако масса протона составляет 1,67 × 10–27 кг, 1,67 × 10–27 кг, поэтому его ускорение равно a = Fm = 9,6 × 10–13N1,67 × 10–27 кг = 5,7 × 1014 м / с2a = Fm = 9,6. × 10–13N1,67 × 10–27 кг = 5,7 × 1014 м / с2, или примерно в десять тысяч миллиардов раз больше ускорения свободного падения!

Мы обнаружили, что начальное ускорение протона, когда он входит в магнитное поле, направлено вниз в плоскости страницы. Обратите внимание, что по мере ускорения протона его скорость остается перпендикулярной магнитному полю, поэтому величина силы не меняется.Кроме того, из-за правила правой руки направление силы остается перпендикулярным скорости. Эта сила — не что иное, как центростремительная сила: она имеет постоянную величину и всегда перпендикулярна скорости. Таким образом, величина скорости не меняется, и протон совершает круговое движение. Радиус этого круга может быть найден с помощью кинематического соотношения.

F = ma = mv2ra = v2rr = v2a = (3,0 × 106 м / с) 25,7 × 1014 м / с2 = 1,6 см F = ma = mv2ra = v2rr = v2a = (3,0 × 106 м / с) 25.7 × 1014 м / с2 = 1,6 см

20,8

Путь протона в магнитном поле показан на рисунке 20.22.

Рис. 20.22 При перемещении перпендикулярно постоянному магнитному полю заряженная частица будет совершать круговое движение, как показано здесь для протона.

Рабочий пример

Проволока с током в магнитном поле

Теперь предположим, что мы пропустили провод через однородное магнитное поле из предыдущего примера, как показано. Если по проводу проходит ток 1.-направлении, а длина области с магнитным полем 4,0 см, какова сила на проводе?

Стратегия

Используйте уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ, чтобы найти величину силы, действующей на провод..-направление. Сила, действующая на провод с током в магнитном поле, является основой всех электродвигателей, как мы увидим в следующих разделах.

Практические задачи

Какова величина силы, действующей на электрон, движущийся со скоростью 1,0 × 106 м / с перпендикулярно магнитному полю 1,0 Тл?

0,8 × 10 ^–13 N
1,6 × 10 ^–14 N
0,8 × 10 ^–14 N
1,6 × 10 ^–13 N

Прямой 10-сантиметровый провод на ток 0,40 А ориентирован перпендикулярно магнитному полю. Если сила на проводе 0,022 Н, какова величина магнитного поля?

1,10 × 10 ^–2 T
0,55 × 10 ^–2 T
1,10 т
0,55 т

Проверьте свое понимание

Если два магнита отталкиваются друг от друга, какой можно сделать вывод об их взаимной ориентации?

Либо южный полюс магнита 1 ближе к северному полюсу магнита 2, либо северный полюс магнита 1 ближе к южному полюсу магнита 2.
Либо южные полюса магнита 1 и магнита 2 ближе друг к другу, либо северные полюса магнита 1 и магнита 2 расположены ближе друг к другу.
Дано недостаточно информации, чтобы сделать какие-либо выводы об ориентации магнитов.

Опишите методы размагничивания ферромагнетика.

путем охлаждения, нагрева или погружения в воду
путем нагревания, удара и вращения во внешнем магнитном поле
молотком, нагреванием и протиранием тканью
путем охлаждения, погружения в воду или протирания тканью

Что такое магнитное поле?

Направляющие линии внутри и снаружи магнитного материала, указывающие величину и направление магнитной силы.
Направляющие линии внутри и снаружи магнитного материала, указывающие величину магнитной силы.
Направляющие линии внутри магнитного материала, указывающие величину и направление магнитной силы.
Направляющие линии за пределами магнитного материала указывают величину и направление магнитной силы.

Какой из следующих рисунков правильный?

Происхождение постоянного магнетизма

Происхождение постоянного магнетизма
следующий: Закон Гаусса для магнитных Up: Магнетизм Предыдущая: Магнитное поле Теперь мы знаем два различных метода создания магнитного поля.Мы можем либо использовать постоянный магнит, такой как кусок грузоподъемного камня, или мы можем пропустить ток вокруг электрической цепи. Эти два метода принципиально разные, или они как-то связаны друг с другом? Давайте исследуем дальше.

**Рисунок 28:** *Магнитные поля соленоида (слева) и стержневого магнита (справа).*

Как показано на Рис. 28, внешние магнитные поля , генерируемые соленоид и обычный стержневой магнит очень похожи в внешность.Кстати, эти поля можно легко нанести на карту с помощью железных опилок. Вышеупомянутое наблюдение позволяет сформулировать две альтернативные гипотезы о происхождении магнитное поле стержневого магнита. Первая гипотеза состоит в том, что поле стержневого магнита создается подобными соленоидам токами, которые текут вокруг вне магнита, против часовой стрелки, когда мы смотрим вдоль магнита от его северного до южного полюса. Несомненно, по аналогии с соленоидом, чтобы такие токи создавали правильное поле вне магнит.Вторая гипотеза состоит в том, что поле создается положительный магнитный монополь , расположенный близко к северному полюсу магнита, в сочетании с отрицательный монополь равной величины, расположенный близко к южному полюсу магнита. Что такое магнитный монополь? Ну это в основном магнитный эквивалент электрического заряда. Положительный магнитный монополь изолированный северный магнитный полюс. Мы ожидали бы силовых линий магнитного поля излучать от такого объекта, как излучают силовые линии электрического поля. вдали от положительного электрического заряда.Точно так же отрицательный магнитный монополь изолированный южный магнитный полюс. Мы ожидали бы силовых линий магнитного поля излучать к такому объекту, как электрические силовые линии излучают в сторону отрицательного электрического заряда. Картины магнитного поля, создаваемые оба типа монополя схематически изображены на рис. 29. Если мы поместим положительный монополь близко к северному полюсу стержневого магнита, а отрицательный монополь такая же величина близка к южный полюс, то результирующая картина магнитного поля получается путем наложения поля, создаваемые двумя монополями по отдельности.Как легко показать, поле, создаваемое вне магнита неотличим от соленоида.

**Рисунок 29:** *Силовые линии магнитного поля, создаваемые магнитными монополями.*

Теперь у нас есть две альтернативные гипотезы, объясняющие происхождение магнитного поля стержневой магнит. Какой эксперимент мы могли бы провести, чтобы определить, какие из этих две гипотезы верны? Что ж, предположим, что мы щелкаем наш стержневой магнит пополам.Какие бывает по каждой гипотезе? Если разрезать соленоид пополам, то получится с двумя более короткими соленоидами. Итак, согласно нашей первой гипотезе, если мы разорвем стержневой магнит пополам, мы получим только два стержневых магнита меньшего размера. Однако наша вторая гипотеза предсказывает, что если мы сломаем стержневой магнит пополам тогда мы получаем два равных и противоположных магнитных монополя. Разумеется, первое предсказание соответствует эксперименту, тогда как второе определенно нет. Действительно, мы можем разбить магнитный стержень на столько отдельных штуки как нам нравится.Каждая деталь по-прежнему будет действовать как небольшой стержневой магнит. Не важно как Мы делаем маленькие детали, мы не можем изготовить магнитный монополь. Фактически, магнитный монополь еще никто не наблюдал. экспериментально, что приводит большинство физиков к выводу, что магнитный монополей не существует . Таким образом, можно сделать вывод, что магнитное поле стержневой магнит создается подобными соленоидам токами, протекающими по поверхность магнита. Но каково происхождение этих токов?

Чтобы ответить на последний вопрос, примем несколько упрощенный модель атомной структуры стержневого магнита.Предположим, что ось север-юг магнита выровнен по оси -оси, так что -координата северного полюса магнита больше чем у его южного полюса. Предположим, далее, что атомы, составляющие Магнит — это кубик, идентичный , которые очень плотно упакованы между собой. Каждый атом несет поверхностный ток , который циркулирует в плоскости — в против часовой стрелки (если смотреть вниз по оси). Когда атомы расположены в единую решетку так, чтобы образовать магнит, внутренние поверхностные токи нейтрализуются, оставляя ток который течет только по внешней поверхности магнита.Это проиллюстрировано на рис. 30. Таким образом, токи, подобные соленоидам, которые должны протекать через поверхность магнита, чтобы учесть связанное с ним магнитное поле, фактически, только равняется токов, которые циркулируют в каждом составляющий атом магнита. Но каково происхождение этих атомных токов?

**Рисунок 30:** *Принципиальная диаграмма тока в постоянном магните.*

Ну, атомы состоят из отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг положительно заряженных электронов. заряженные ядра.Движущийся электрический заряд представляет собой электрический ток, поэтому должен быть ток, связанный с каждым электроном в атоме. В большинстве атомы, эти токи нейтрализуют друг друга, так что атом переносит нулевой чистый ток. Однако в атомах ферромагнетиков материалов (, т.е. , железо, кобальт и никель) эта отмена не является полной, так что эти атомы действительно несут чистый ток. Обычно атомные токи перемешиваются. (, то есть , они не выровнены в какой-либо конкретной плоскости) так что они в среднем равны нулю на а макроскопический масштаб.Однако если ферромагнитный материал помещенный в сильное магнитное поле , тогда токи, циркулирующие в каждый атом становится выровненным таким образом, что они текут преимущественно в плоскости, перпендикулярной плоскости поле. В этой ситуации токи могут объединиться, чтобы сформировать макроскопическое магнитное поле, которое усиливает выравнивающее поле. В некоторых ферромагнитные материалы, атомные токи остаются выровненными после выключения поля юстировки, поэтому макроскопическое поле, создаваемое эти токи тоже остаются.Мы называем такие материалы постоянными магнитами .

В заключение, все магнитные поля, встречающиеся в природе, генерируются токи циркуляционные . Принципиальной разницы между полями нет генерируемые постоянными магнитами и те, которые генерируются токами, протекающими вокруг обычные электрические схемы. В первом случае токи, генерирующие поля циркулируют в атомном масштабе, тогда как в последнем случае токи циркулируют в макроскопическом масштабе ( i.е. , масштаб схемы).

следующий: Закон Гаусса для магнитных Up: Магнетизм Предыдущая: Магнитное поле

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

3.1: Магнитные поля — рабочая сила LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Характеристики магнитных силовых линий
1. Магнитные силовые линии имеют направление
2. Магнитные силовые линии всегда образуют полные петли
3. Магнитные силовые линии всегда образуют плотные петли
4. Магнитные силовые линии отталкиваются друг от друга
5. Магнитные линии силы никогда не пересекаются, но всегда должны образовывать отдельные петли
6. Магнитные силовые линии могут легче проходить через материал, который может быть намагничен
7. Нет изоляции от магнитных силовых линий
8. Выравнивание атомов

Если магнит висит в воздухе, он всегда будет вращаться и совмещаться с северным и южным полюсами Земли.На двух концах, называемых магнитными полюсами, сила наибольшая.

Между двумя полюсами создается силовое магнитное поле. Вы можете думать об этом как о невидимых силовых линиях, движущихся от одного полюса к другому. Магнитные линии (силовые линии) непрерывны и всегда образуют петли. Эти невидимые линии можно увидеть, если посыпать железными опилками лист бумаги, помещенный над стержневым магнитом (рис. \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Магнитные силовые линии (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Характеристики магнитных силовых линий

Магниты имеют определенные правила, регулирующие их работу.

Магнитные силовые линии имеют направление

Эти линии непрерывны и проходят от северного полюса к южному полюсу магнита (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Направление линии потока (CC BY-NC-SA; Управление промышленного обучения Британской Колумбии)

Магнитные силовые линии всегда образуют полные петли

Линии не начинаются и не заканчиваются на полюсах, а проходят через магнит, образуя законченные петли. Если бы вы разрезали магнит пополам, вы могли бы наблюдать магнитное поле между двумя частями магнита (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Магнитные петли (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Магнитные силовые линии всегда образуют плотные петли

Это правило объясняет идею привлечения. Линии магнитного потока стремятся втянуться как можно ближе к магниту, как резиновые ленты. Они также стараются сконцентрироваться на каждом полюсе. Если вы поместите два разных полюса вместе, они попытаются превратиться в один большой магнит и сократить силовые линии (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Магнитное притяжение (CC BY-NC-SA; Управление промышленного обучения Британской Колумбии)

Магнитные силовые линии отталкиваются друг от друга

Если магнитные силовые линии действуют как резиновые ленты, почему они не сжимаются в центре? Причина в том, что они отталкивают друг друга.Вернитесь к Рисунку 3; обратите внимание, что линии имеют тенденцию расходиться по мере удаления от полюсов, а не сходятся или даже остаются параллельными. Это результат их взаимного отталкивания.

Магнитные силовые линии никогда не пересекаются, но всегда должны образовывать отдельные петли

Этот эффект объясняется взаимным отталкиванием каждой магнитной линии. Это объясняет, почему одинаковые полюса отталкиваются друг от друга. Если линии не могут пересекать друг друга, они должны оказывать силу друг против друга. Если бы вы могли видеть силовые линии, они бы выглядели как на диаграмме (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Отталкивание (CC BY-NC-SA; BC Industry Training Authority)

Магнитные силовые линии легче проходят через намагничиваемый материал

Магнитные силовые линии будут искажаться, чтобы кусок железа попал в поле. Это превратит утюг во временный магнит. Тогда противоположные полюса двух магнитов будут притягиваться друг к другу и пытаться сократить силовые линии. Это объясняет притяжение немагнитных ферромагнитных объектов (Рисунок \ (\ PageIndex {6} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Железо легко намагничивается (CC BY-NC-SA; Управление по обучению промышленности Британской Колумбии)

Нет изоляции от силовых магнитных линий

Все силовые линии магнитного поля должны заканчиваться на противоположном полюсе, что означает, что их невозможно остановить. Природа должна найти способ вернуть силовые линии магнитного поля к противоположному полюсу. Однако магнитные поля можно перенаправить вокруг объектов. Это форма магнитного экранирования. Окружая объект материалом, который может «проводить» магнитный поток лучше, чем окружающие его материалы, магнитное поле будет стремиться течь вдоль этого материала и избегать предметов внутри.Это позволяет линиям поля заканчиваться на противоположных полюсах, но просто дает им другой маршрут (рисунок \ (\ PageIndex {7} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Магнитное экранирование (CC BY-NC-SA; Промышленный центр обучения Британской Колумбии)

Выравнивание атомов

Если вы возьмете постоянный магнит и разрежете его пополам, у вас будет два постоянных магнита, каждый с северным и южным полюсами. Если вы продолжите разрезать каждую пополам, у вас будет больше магнитов. Это говорит о том, что если бы вы могли разрезать прямо до атома, он также был бы идеальным постоянным магнитом.

Эту теорию можно распространить и на немагнитные материалы. Каждый из атомов представляет собой магнит, но все они направлены в разные стороны. Если вы можете получить достаточно атомов, указывающих в одном направлении, у вас будет магнит. Все, что вам нужно сделать, это подставить кусок металла под магнитные линии, и атомы выровняются.

Эти атомы имеют тенденцию формироваться в группы, называемые доменами. Когда домен становится достаточно большим, весь кусок металла становится доменом и проявляет силу. Когда все атомы выровнены, кусок становится насыщенным и не может стать сильнее.

8. Статические магнитные поля, подобные тем, которые используются в медицинской визуализации

8.1 Каковы источники статических магнитных полей?
8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?

8.1 Каковы источники статических магнитных полей?

МРТ сканеры используют статические магнитные поля
Кредит: Касуга Хуанг

Магнитное поле — это силовое поле, созданное магнитом или как следствие движение обвинений (поток электричества).Величина (интенсивность) магнитного поле обычно измеряется в Тесла (Т или мТл).

Статические магнитные поля делают не меняются со временем и поэтому не имеют частоты (0 Гц). Примерами являются поля, создаваемые постоянным магнитом или Магнитное поле Земли.

Искусственная статика магнитные поля генерируется везде, где используется электричество в виде постоянный ток (DC), например как в некоторых системах железной дороги и метро, в промышленных процессах, таких как как производство алюминия, хлорно-щелочной процесс и газ сварка.

Количество искусственных источников таких полей ограничено, но есть быстрое развитие новых технологий, производящих статические поля. Количество людей с имплантированным металлом. устройства, такие как кардиостимуляторы, на которые может воздействовать статический магнитные поля также растет.

Одно известное применение сильной статики магнитные поля Магнитно-резонансная томография (МРТ), обеспечивающий трехмерные изображения мягкого тела ткани, такие как мозг и спинной мозг.Этот метод медицинской визуализации использует очень мощные постоянные магниты, которые могут привести к сильной засветке уровни как для пациентов, так и для операторов.

Предыдущие оценки здоровья в основном смотрели на воздействие только статические поля, но многие приложения, особенно МРТ, может привести к облучению к сильным статическим полям в сочетании с радиочастотой и другие поля.Таким образом, недавние исследования начали рассматривать различные комбинации полей и их потенциальные эффекты. Подробнее …

8.2 Какие возможные воздействия статических магнитных полей на здоровье были изучены?

Имеется мало исследований о воздействии на человеческие популяции. статических полей и имеющихся свидетельств недостаточно, чтобы сделать какие-либо выводы о потенциальных последствиях воздействия на здоровье к статике магнитные поля.

Большое количество экспериментальных исследований по клеточные культуры были проводится с целью обнаружения биологических эффектов статического магнитные поля. Экспериментальными данными установлено, что статические магнитные поля может привести к изменению ориентации приложенных сил на биологические молекулы и сотовые компоненты с магнитными свойствами, такие как гемоглобин, родопсин (визуальный пигмент), свободные радикалы и оксид азота.Такие изменения могут влияют на эти биологические молекулы.

Исследования на людях-добровольцах указывают на возможные мгновенные влияние на функционирование нейронов при движении через статический магнитное поле или поле градиент, используемый в клинической практике.Эти исследования нуждаются в подтверждение.

Недавние исследования на животных подтверждают более ранние выводы о том, что статический магнитные поля нескольких milliteslas (mT) может оказывать прямое воздействие на нейроны. Исследования по клеточные культуры также показывают что воздействие статических магнитных полей в диапазоне миллитесла может изменить свойства мембраны.Эти изменения могут привести к изменения в функционировании нейронов, хотя эффекты кажутся обратимый.

Исследования по снижению боли у животных при воздействии статического электричества. магнитные поля в Миллитесла интересны. Вопрос в том, грызуны являются адекватной моделью для человека в этом отношении, поскольку не наблюдалось уменьшения боли у людей после воздействия статические магнитные поля в 10 раз сильнее.

Недавние эксперименты на животных показывают влияние статических полей на кровоток, рост сосудов, а также на рост и развитие, но некоторые результаты противоречивы и не проясняют смешанные результаты предыдущих исследований.

Статические поля, похоже, влияют на выражение специфические гены в клетки человека и другие млекопитающих, и эти эффекты могут зависеть от продолжительности воздействия и градиенты поля.Повреждение генетический материал был сообщили, хотя кажется, что эти эффекты можно исправить и не являются постоянными.

Хотя в 2007 г. было опубликовано изрядное количество исследований, 2008 г., по-прежнему отсутствуют адекватные данные для надлежащего оценка риска статического магнитные поля.Более необходимы исследования, особенно для того, чтобы прояснить многие смешанные и иногда противоречивые результаты.

Кратковременные эффекты наблюдались в первую очередь на сенсорном восприятии. функции при остром облучении. Однако нет последовательного доказательства устойчивых неблагоприятные последствия для здоровья от кратковременное воздействие до нескольких тесла.Подробнее …

Постоянные магниты | IOPSpark

Электричество и магнетизм

Практическая деятельность для 14-16

Классная практика

Этот эксперимент поднимает интересный вопрос. Может ли что-то намагничиваться и не показывать полюса?

Аппараты и материалы

Примечания по охране труда и технике безопасности

Необходимо использовать средства защиты глаз.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Кольца представляют собой маленькие плоские кольца, толщиной около 0,25 мм, внутренним диаметром 1 см и внешним диаметром 2 см. Их штампуют из тонкой стали и закаливают, нагревая до вишнево-красного цвета, а затем погружая в холодную воду. Кольца должны быть твердым стеклом и легко ломаться в пальцах.

Кольца должны быть намагничены круговым магнетизмом, чтобы не было видно полюсов. Для этого используется круговое магнитное поле, создаваемое током в прямом проводе.Через центр колец должен пройти провод, пропускающий ток 100 ампер. Возможно, потребуется использовать несколько проводов (например, провод с током 10 А, пропущенный через кольца 10 раз). Чтобы обеспечить равномерное намагничивание без полюсов, пропустите провод через центры колец; кольца можно было бы поместить на деревянный дюбель, в центре которого есть отверстие для токоведущего провода.

Процедура

Проверить кольцо железной опилкой.Есть ли у него магнитные полюса?
Разломите кольцо пальцами пополам и проверьте детали с опилками.

Учебные заметки

Вы можете представить этот эксперимент, сказав:

«Можно ли намагнитить стальное кольцо, даже если на нем нет признаков полюсов? Вот кольцо из стали. Я думаю, что я намагнитил его, но я не могу найти полюсов. Вы не видите скоплений железных опилок, висящих на кольцо, когда я окунаю его в железные опилки. Я не нахожу рядом с ним магнитного поля.Когда я кладу эту стрелку компаса рядом, она не влияет. Так что я не нахожу ни полюсов, ни поля, и все же я думал, что намагнитил его ».

«Как теория помогает объяснить появление полюсов при разрыве? (« Основные магниты »расположены носом к хвосту вокруг кольца и не открываются до тех пор, пока кольцо не сломано.)

Этот эксперимент был проверен на безопасность в декабре 2004 г.

Постоянный магнит | Магнит-Лексикон / Глоссарий

Постоянный магнит или постоянный магнит — это материал, из которого всегда исходит магнитная сила.Такой постоянный магнит может притягивать ферромагнитные вещества (например, железо или кобальт). Кроме того, одноименные полюса двух постоянных магнитов отталкиваются друг от друга. Постоянный магнит может быть размагничен сильным внешним магнитным полем, которое противодействует магнитному полю постоянного магнита. Намагничивание также возможно за счет сильной механической силы или при достижении температуры выше так называемой температуры Кюри

Какие есть постоянные магниты?

Существует три основных типа постоянных магнитов: неодимовые магниты, ферритовые магниты и магниты из AlNiCo.Между двумя полюсами двух магнитов с одинаковым названием, например, между двумя северными полюсами или двумя южными полюсами, магнитные силы являются отталкивающими. Если полюса противоположны, то есть южный полюс к северному полюсу или наоборот, два магнита притягиваются друг к другу. Различные сплавы, никель, кобальт и железо — ферромагнитные вещества. Их можно намагничивать. Их также привлекает постоянный магнит.

Постоянный магнит и электромагнит

В отличие от соленоида, постоянный магнит не требует электроэнергии для поддержания магнитного поля.Спины электронов в постоянном магните были выровнены параллельно и остаются в этой ориентации благодаря обменному взаимодействию. Само параллельное выравнивание может быть достигнуто, например, с помощью магнитного поля. Магниты также могут возникать естественным путем, например, при охлаждении расплавленной ферромагнитной породы. Следовательно, название происходит от способа: древние греки нашли магнитные камни в то время недалеко от города Магнезия.

Электромагнит также можно эффективно отключить, отключив питание.Кроме того, его также можно изменить, просто изменив направление тока. Однако постоянный магнит нельзя просто выключить — поэтому и это касается обозначения. Таким образом, только подача механической, тепловой или магнитной энергии приводит к размагничиванию. В частности, в первых двух случаях возможно повреждение основного вещества постоянного магнита. Кроме того, постоянный магнит должен быть снова намагничен после намагничивания.Как уже упоминалось, постоянный магнит выше определенной температуры Кюри полностью размагничивается. Поэтому логично, что постоянный магнит имеет максимальную рабочую температуру.

Как ферромагнитный материал становится постоянным магнитом

Сам процесс намагничивания следует так называемому гистерезису — это называется асимметричным поведением материала или намагниченностью во время нарастания внешнего магнитного поля и последующего уменьшения магнитного поля.Формирование гистерезиса основано на обменном взаимодействии, которое стабилизирует ориентацию элементарных магнитов в ферромагнитном материале. Следовательно, немагнитный ферромагнетик имеет другие магнитные свойства, чем намагниченный ферромагнетик. Магнитное поле ферромагнетика, остающееся после выравнивания электронных спинов после выключения внешнего магнитного поля, делает ферромагнетик постоянным магнитом. Кроме того, эта оставшаяся намагниченность называется остаточной намагниченностью.

Часто сила магнитного поля постоянного магнита зависит от используемых материалов. Напряженность магнитного поля также зависит от того, как и особенно как именно был намагничен материал. Большая остаточная намагниченность может быть достигнута только в том случае, если все атомные спины полностью выровнены. Для этого требуются соответствующие машины и технические ноу-хау. Сами магнитные поля возникают только в результате движения заряда, как описано уравнениями Максвелла. Они также показывают, что магнитное поле всегда возникает с южным и северным полюсами.Движущиеся заряды в постоянном магните — это электроны отдельных атомов с их характерным электронным спином. Это микроскопическое движение заряда и результирующее состояние движения электронов приводит к возникновению магнитного момента и магнитной силы. Эти силы следуют за магнитным полем, которое может быть представлено силовыми линиями. В зависимости от расстояния силовых линий друг от друга магнитное поле сильнее или слабее. Кроме того, силовые линии указывают направление магнитного поля: силовые линии всегда выходят за пределы магнитного поля от северного до южного полюса.Однако они не останавливаются в самом магните, а продолжаются там: в самом магните силовые линии направлены от южного полюса к северному полюсу.

Магнитная сила, создаваемая постоянным магнитом, в основном зависит от размера, энергии обменного взаимодействия, полноты ориентации и размера магнитных моментов отдельных атомов. Энергетический продукт измеряет магнитную энергию магнита. Такая магнитная энергия зависит от только что упомянутых величин и также сохраняется в постоянном магните.Энергетический продукт, в свою очередь, является показателем качества магнита: чем больше энергетический продукт, тем выше качество и тем больше магнитная энергия постоянного магнита.

Можете ли вы экранировать или блокировать магнитные поля? | Ребята из науки

Я слышал, что свинец останавливает ядерную радиацию; вы можете экранировать или блокировать магнитные поля?

Февраль 2004

Короткий ответ — нет, не существует экрана или вещества, которое эффективно блокировало бы магнитные поля как таковые.Однако вы можете перенаправить линии магнитного поля, что некоторые люди называют магнитным экранированием. Теперь давайте разберемся с этим немного подробнее.

На самом деле существует закон, называемый законом Гаусса, который что-то говорит нам о магнитных полях (этот закон также является одним из уравнений Максвелла, объясняющих все электромагнитные явления). Этот закон в основном подразумевает, что вы не можете разделить магнитные полюса, то есть вы не можете изолировать только один полюс; должно быть два магнитных полюса: северный и южный.Это отличается от электрических зарядов, когда вы можете отделить один положительный или один отрицательный заряд. Магнитные полюса всегда идут парами. Ученые используют терминологию, согласно которой монополей (одиночных магнитных полюсов) не существует.

Линии магнитного поля представляют собой замкнутые контуры и должны быть непрерывными между северным и южным полюсами. В случае стержневого магнита представьте себе силовые линии, выходящие из северного полюса, излучающие в пространстве и вновь входящие в стержневой магнит на южном полюсе, продолжающиеся через магнит обратно к северному полюсу.Поскольку эти силовые линии должны быть непрерывными, они должны найти путь обратно к своему источнику. Их невозможно остановить, и им некуда идти.

Однако линии поля могут быть перенаправлены. Следовательно, можно спроектировать область пространства, относительно свободную от линий магнитного поля, потому что они перенаправлены вокруг этой области. Обратите внимание, что вы не остановили их, а просто перенаправили. Линии поля по-прежнему должны быть непрерывными и в конечном итоге замкнуться сами по себе.

Чтобы перенаправить линии магнитного поля, вы предлагаете им предпочтительный путь.Силовые линии магнитного поля предпочитают перемещаться в материалах, которые обладают определенными магнитными свойствами, а именно в материалах с высокой проницаемостью. Помещая материал с высокой проницаемостью (или, по крайней мере, с проницаемостью выше, чем рассматриваемая область) вокруг области, которую вы хотите защитить, вы эффективно предлагаете силовым линиям лучший путь для перемещения. Магнитные линии идут по этому пути и держатся подальше от области, которую вы хотите защитить. Материал с высокой проницаемостью будет «проводить» силовые линии магнитного поля лучше, чем его первоначальный путь.Хотя это не одно и то же явление, это напоминает нам о том, что электричество идет по пути наименьшего сопротивления. Линии поля выбирают самый легкий путь для путешествия. Таким образом, оболочка из материала с высокой проницаемостью, построенная вокруг области, будет эффективно удерживать большую часть силовых линий магнитного поля в самой оболочке и вне области внутри оболочки.

Разное