Toate formulele sunt luate în strictă conformitate cu Institutul Federal măsurători pedagogice (FIPI)
3.3 UN CÂMP MAGNETIC
3.3.1 Interacțiunea mecanică a magneților
În apropierea unei sarcini electrice, se formează o formă particulară de materie - un câmp electric. În jurul magnetului există o formă similară de materie, dar are o natură diferită de origine (la urma urmei, minereul este neutru din punct de vedere electric), se numește câmp magnetic. Pentru studiu camp magnetic folosiți magneți drepti sau în potcoavă. Anumite locuri ale magnetului au cel mai mare efect atractiv, se numesc poli (nord și sud). Polii magnetici opuși se atrag, iar polii asemănători se resping.
Un câmp magnetic. Vector de inducție magnetică
Pentru caracteristica de putere a câmpului magnetic se folosește vectorul de inducție a câmpului magnetic B. Câmpul magnetic este reprezentat grafic folosind linii de forță (linii de inducție magnetică). Liniile sunt închise, nu au nici început, nici sfârșit. Locul din care pleacă linii magnetice- Polul Nord (Nord), liniile magnetice intră în Polul Sud (Sud).
Inducția magnetică B [Tl]- mărimea fizică vectorială, care este puterea caracteristică câmpului magnetic.
Principiul suprapunerii câmpurilor magnetice - dacă câmpul magnetic într-un anumit punct al spațiului este creat de mai multe surse ale câmpului, atunci inducția magnetică este suma vectorială a inducțiilor fiecărui câmp separat. :
Liniile de câmp magnetic. Model de linie de câmp al magneților permanenți în bandă și potcoavă
3.3.2 Experiența lui Oersted. Câmpul magnetic al unui conductor purtător de curent. Modelul liniilor de câmp ale unui conductor lung drept și unui conductor inel închis, o bobină cu curent
Un câmp magnetic există nu numai în jurul unui magnet, ci și în jurul oricărui conductor cu curent. Experimentul lui Oersted demonstrează efectul curentului electric asupra unui magnet. Dacă un conductor drept, prin care curge curentul, este trecut printr-o gaură dintr-o foaie de carton, pe care sunt împrăștiate pilituri fine de fier sau oțel, atunci acestea formează cercuri concentrice, al căror centru este situat pe axa conductorului. . Aceste cercuri reprezintă liniile de forță ale câmpului magnetic al unui conductor care poartă curent.
3.3.3 Forța amperului, direcția și mărimea acesteia:
Puterea amplificatorului este forța care acționează asupra unui conductor purtător de curent într-un câmp magnetic. Direcția forței lui Ampère este determinată de regula mâinii stângi: dacă mâna stângă poziționat astfel încât componenta perpendiculară a vectorului de inducție magnetică B să intre în palmă, iar patru degete întinse sunt îndreptate în direcția curentului, apoi degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forței care acționează asupra segmentului conductorului cu curent, adică forța Ampère.
Unde eu- puterea curentului în conductor;
B
L este lungimea conductorului în câmpul magnetic;
α este unghiul dintre vectorul câmpului magnetic și direcția curentului în conductor.
3.3.4 Forța Lorentz, direcția și magnitudinea acesteia:
La fel de electricitate reprezintă o mișcare ordonată a sarcinilor, atunci acțiunea unui câmp magnetic asupra unui conductor purtător de curent este rezultatul acțiunii acestuia asupra sarcinilor individuale în mișcare. Forța exercitată de un câmp magnetic asupra sarcinilor care se mișcă în el se numește forță Lorentz. Forța Lorentz este determinată de relația:
Unde q este mărimea sarcinii în mișcare;
V- modulul vitezei sale;
B este modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic;
α este unghiul dintre vectorul viteză de încărcare și vectorul de inducție magnetică.
Vă rugăm să rețineți că forța Lorentz este perpendiculară pe viteza și, prin urmare, nu funcționează, nu modifică modulul vitezei sarcinii și energia cinetică a acesteia. Dar direcția vitezei se schimbă continuu.
Forța Lorentz este perpendiculară pe vectori LAși v, iar direcția sa este determinată folosind aceeași regulă pentru stânga ca direcția forței lui Ampère: dacă mâna stângă este poziţionată astfel încât componenta inducţiei magnetice LA, perpendicular pe viteza sarcinii, a intrat în palmă și patru degete au fost îndreptate de-a lungul mișcării unei sarcini pozitive (împotriva mișcării unei sarcini negative, de exemplu, un electron), apoi degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forța Lorentz care acționează asupra încărcăturii Fl.
Mișcarea unei particule încărcate într-un câmp magnetic uniform
Când o particulă încărcată se mișcă într-un câmp magnetic, forța Lorentz nu funcționează. Prin urmare, modulul vectorului viteză nu se modifică atunci când particula se mișcă. Dacă o particulă încărcată se mișcă într-un câmp magnetic uniform sub acțiunea forței Lorentz, iar viteza ei se află într-un plan perpendicular pe vector, atunci particula se va deplasa de-a lungul unui cerc cu raza R.
„Determinarea câmpului magnetic” - Conform datelor obținute în timpul experimentelor, completați tabelul. J. Verne. Când aducem un magnet la acul magnetic, acesta se întoarce. Reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice. Hans Christian Oersted. Câmp electric. Magnetul are doi poli: nord și sud. Etapa generalizării și sistematizării cunoștințelor.
„Câmp magnetic și reprezentarea sa grafică” - Câmp magnetic neuniform. Bobine cu curent. linii magnetice. Ipoteza lui Ampère. În interiorul barei magnetice. Poli opuși magnetici. Lumini polare. Câmpul magnetic al unui magnet permanent. Un câmp magnetic. Câmpul magnetic al Pământului. poli magnetici. Biometrologie. cercuri concentrice. Câmp magnetic uniform.
„Energia câmpului magnetic” – Valoare scalară. Calculul inductanței. Câmpuri magnetice permanente. Timp de relaxare. Definiţia inductance. energia bobinei. Extracurenți într-un circuit cu inductanță. Procese de tranziție. Densitatea energiei. Electrodinamică. Circuit oscilator. Câmp magnetic pulsat. Auto-inducere. Densitatea energiei câmpului magnetic.
„Caracteristicile câmpului magnetic” - Liniile de inducție magnetică. regula lui Gimlet. Rotiți de-a lungul liniilor de forță. Modelul computerizat al câmpului magnetic al Pământului. Constanta magnetica. Inductie magnetica. Numărul de purtători de taxe. Trei moduri de a seta vectorul de inducție magnetică. Câmp magnetic al curentului electric. Fizicianul William Hilbert.
„Proprietățile câmpului magnetic” - Tip de substanță. Inducerea magnetică a unui câmp magnetic. Inductie magnetica. Magnet permanent. Câteva valori ale inducției magnetice. Ac magnetic. Difuzor. Modulul vectorului de inducție magnetică. Liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise. Interacțiunea curenților. Cuplu. Proprietățile magnetice ale materiei.
„Mișcarea particulelor într-un câmp magnetic” - Spectrograf. Manifestarea acţiunii forţei Lorentz. forța Lorentz. Ciclotron. Determinarea mărimii forței Lorentz. întrebări de testare. Direcțiile forței Lorentz. Materia interstelară. Sarcina experimentului. Schimbă setările. Un câmp magnetic. Spectrograf de masă. Mișcarea particulelor într-un câmp magnetic. Tub catodic.
În total sunt 20 de prezentări la subiect
Să înțelegem împreună ce este un câmp magnetic. La urma urmei, mulți oameni trăiesc în acest domeniu toată viața și nici măcar nu se gândesc la asta. E timpul să-l reparăm!
Un câmp magnetic
Un câmp magnetic este un tip special de materie. Se manifestă în acțiune la mișcare sarcini electriceși corpuri care au propriul moment magnetic (magneți permanenți).
Important: un câmp magnetic nu acționează asupra sarcinilor staționare! Un câmp magnetic este creat și de sarcini electrice în mișcare, sau de un câmp electric care variază în timp sau de momentele magnetice ale electronilor din atomi. Adică orice fir prin care trece curent devine și el magnet!
Un corp care are propriul său câmp magnetic.
Un magnet are poli numiti nord si sud. Denumirile „nord” și „sud” sunt date doar pentru comoditate (ca „plus” și „minus” în electricitate).
Câmpul magnetic este reprezentat de forță linii magnetice. Liniile de forță sunt continue și închise, iar direcția lor coincide întotdeauna cu direcția forțelor câmpului. Dacă așchii de metal sunt împrăștiați în jurul unui magnet permanent, particulele de metal vor arăta o imagine clară a liniilor câmpului magnetic care ies din nord și intră în polul sud. Caracteristica grafică a câmpului magnetic - linii de forță.
Caracteristicile câmpului magnetic
Principalele caracteristici ale câmpului magnetic sunt inducție magnetică, flux magneticși permeabilitatea magnetică. Dar să vorbim despre totul în ordine.
Imediat, observăm că toate unitățile de măsură sunt date în sistem SI.
Inductie magnetica B - mărimea fizică vectorială, care este principala caracteristică de putere a câmpului magnetic. Notat prin literă B . Unitatea de măsură a inducției magnetice - Tesla (Tl).
Inducția magnetică indică cât de puternic este un câmp prin determinarea forței cu care acționează asupra unei sarcini. Această forță se numește forța Lorentz.
Aici q - taxa, v - viteza sa într-un câmp magnetic, B - inducție, F este forța Lorentz cu care câmpul acționează asupra sarcinii.
F- o mărime fizică egală cu produsul inducției magnetice prin aria conturului și cosinusul dintre vectorul de inducție și normala la planul conturului prin care trece fluxul. Fluxul magnetic este o caracteristică scalară a unui câmp magnetic.
Putem spune că fluxul magnetic caracterizează numărul de linii de inducție magnetică care pătrund într-o unitate de suprafață. Fluxul magnetic se măsoară în Weberach (WB).
Permeabilitatea magnetică este coeficientul care determină proprietățile magnetice ale mediului. Unul dintre parametrii de care depinde inducția magnetică a câmpului este permeabilitatea magnetică.
Planeta noastră a fost un magnet imens de câteva miliarde de ani. Inducerea câmpului magnetic al Pământului variază în funcție de coordonate. La ecuator, este de aproximativ 3,1 ori 10 la minus a cincea putere a lui Tesla. În plus, există anomalii magnetice, unde valoarea și direcția câmpului diferă semnificativ de zonele învecinate. Una dintre cele mai mari anomalii magnetice de pe planetă - Kurskși anomalie magnetică braziliană.
Originea câmpului magnetic al Pământului este încă un mister pentru oamenii de știință. Se presupune că sursa câmpului este miezul de metal lichid al Pământului. Miezul se mișcă, ceea ce înseamnă că aliajul topit fier-nichel se mișcă, iar mișcarea particulelor încărcate este curentul electric care generează câmpul magnetic. Problema este că această teorie geodinam) nu explică modul în care câmpul este menținut stabil.
Pământul este un uriaș dipol magnetic. Polii magnetici nu coincid cu cei geografici, desi sunt in imediata apropiere. În plus, polii magnetici ai Pământului se mișcă. Deplasarea lor a fost înregistrată din 1885. De exemplu, în ultima sută de ani pol magneticîn emisfera sudica s-a deplasat aproape 900 de kilometri și acum se află în Oceanul de Sud. Polul emisferei arctice se deplasează prin nord Oceanul Arctic la anomalia magnetică din Siberia de Est, viteza de mișcare a acesteia (conform anului 2004) a fost de aproximativ 60 de kilometri pe an. Acum există o accelerare a mișcării polilor - în medie, viteza crește cu 3 kilometri pe an.
Care este semnificația câmpului magnetic al Pământului pentru noi?În primul rând, câmpul magnetic al Pământului protejează planeta de razele cosmice și vântul solar. Particulele încărcate din spațiul adânc nu cad direct pe pământ, ci sunt deviate de un magnet gigant și se mișcă de-a lungul liniilor sale de forță. Astfel, toate lucrurile vii sunt protejate de radiațiile dăunătoare.
De-a lungul istoriei Pământului, au existat mai multe inversiuni(modificări) polilor magnetici. inversarea polului este atunci când își schimbă locul. Ultima dată când acest fenomen a avut loc acum aproximativ 800 de mii de ani și au existat peste 400 de inversări geomagnetice în istoria Pământului. Unii oameni de știință cred că, având în vedere accelerația observată a mișcării polilor magnetici, următoarea inversare a polului ar trebui să fie așteptată în următoarele două mii de ani.
Din fericire, nu se așteaptă o inversare a polilor în secolul nostru. Deci, vă puteți gândi la plăcutul și vă puteți bucura de viață în câmpul constant bun vechi al Pământului, luând în considerare principalele proprietăți și caracteristici ale câmpului magnetic. Și ca să poți face asta, există autorii noștri, cărora li se pot încredința unele dintre necazurile educaționale cu încredere în succes! si alte tipuri de lucrari puteti comanda la link.
În această lecție, al cărei subiect este: „Câmpul magnetic al curentului electric direct”, vom afla ce este un magnet, cum interacționează cu alți magneți, vom scrie definițiile câmpului magnetic și ale vectorului de inducție magnetică și, de asemenea, utilizați regula gimletului pentru a determina direcția vectorului de inducție magnetică.
Fiecare dintre voi a ținut un magnet în mâini și îi cunoaște proprietatea uimitoare: interacționează la distanță cu un alt magnet sau cu o bucată de fier. Ce este cu un magnet care îi conferă aceste proprietăți uimitoare? Poți să-ți faci propriul magnet? Este posibil și ceea ce este necesar pentru aceasta - veți învăța din lecția noastră. Să luăm înainte: dacă luăm un cui simplu de fier, acesta nu va avea proprietăți magnetice, dar dacă îl învelim cu sârmă și îl conectăm la o baterie, obținem un magnet (vezi Fig. 1).
Orez. 1. Un cui învelit în sârmă și conectat la o baterie
Se pare că pentru a obține un magnet, aveți nevoie de un curent electric - mișcarea unei sarcini electrice. Proprietățile magneților permanenți, cum ar fi magneții de frigider, sunt, de asemenea, asociate cu mișcarea unei sarcini electrice. O anumită sarcină magnetică, ca una electrică, nu există în natură. Nu este necesar, suficiente încărcături electrice în mișcare.
Înainte de a investiga câmpul magnetic al unui curent electric continuu, este necesar să se convină asupra modului de a descrie cantitativ câmpul magnetic. Pentru o descriere cantitativă a fenomenelor magnetice este necesară introducerea forței caracteristice câmpului magnetic. Mărimea vectorială care caracterizează cantitativ câmpul magnetic se numește inducție magnetică. Este de obicei notat cu litera B latină majusculă, măsurată în Tesla.
Inducția magnetică este o mărime vectorială, care este o forță caracteristică unui câmp magnetic într-un punct dat din spațiu. Direcția câmpului magnetic este determinată prin analogie cu modelul electrostaticei, în care câmpul se caracterizează prin acțiunea asupra unei sarcini de probă în repaus. Doar aici un ac magnetic (un magnet permanent alungit) este folosit ca „element de încercare”. Ai văzut o astfel de săgeată într-o busolă. Direcția câmpului magnetic la un moment dat este considerată a fi direcția care va indica polul nord N al acului magnetic după reorientare (vezi Fig. 2).
O imagine completă și clară a câmpului magnetic poate fi obținută prin construirea așa-numitelor linii de câmp magnetic (vezi Fig. 3).
Orez. 3. Liniile de câmp ale câmpului magnetic al unui magnet permanent
Acestea sunt linii care arată direcția vectorului de inducție magnetică (adică direcția polului N al acului magnetic) în fiecare punct din spațiu. Cu ajutorul unui ac magnetic, se poate obține astfel o imagine a liniilor de forță ale diferitelor câmpuri magnetice. Iată, de exemplu, o imagine a liniilor de câmp magnetic ale unui magnet permanent (vezi Fig. 4).
Orez. 4. Liniile de câmp ale câmpului magnetic al unui magnet permanent
Un câmp magnetic există în fiecare punct, dar trasăm linii la o oarecare distanță unul de celălalt. Acesta este doar un mod de a descrie un câmp magnetic, așa cum am făcut cu intensitatea câmp electric(Vezi fig. 5).
Orez. 5. Liniile de intensitate a câmpului electric
Cu cât liniile sunt trasate mai dens, cu atât este mai mare modulul de inducție magnetică într-o anumită regiune a spațiului. După cum puteți vedea (vezi Fig. 4), liniile de forță ies din polul nord al magnetului și intră în polul sud. În interiorul magnetului, liniile de câmp continuă și ele. Spre deosebire de liniile de câmp electric, care încep la sarcini pozitive și se termină la sarcini negative, liniile de câmp magnetic sunt închise (vezi Fig. 6).
Orez. 6. Liniile de câmp magnetic sunt închise
Un câmp ale cărui linii de forță sunt închise se numește câmp vectorial vortex. Câmpul electrostatic nu este vortex, este potențial. Diferența fundamentală vortex și câmpuri potențiale este că munca unui câmp potențial pe orice cale închisă este zero, pentru un câmp vortex, acesta nu este cazul. Pământul este și un magnet uriaș, are un câmp magnetic pe care îl detectăm cu un ac de busolă. Citiți mai multe despre câmpul magnetic al Pământului în ramură.
|
Planeta noastră Pământ este un magnet mare, ai cărui poli se află lângă intersecția suprafeței cu axa de rotație. Din punct de vedere geografic, acesta este Sudul și polul Nord A. De aceea, săgeata din busolă, care este și un magnet, interacționează cu Pământul. Este orientat în așa fel încât un capăt să fie orientat spre Polul Nord, iar celălalt spre Sud (vezi Fig. 7).
Fig.7. Săgeata din busolă interacționează cu Pământul Cel care indică Polul Nord al Pământului a fost desemnat N, ceea ce înseamnă Nord - tradus din engleză ca „Nord”. Și cel care indică către Polul Sud al Pământului - S, care înseamnă Sud - tradus din engleză „Sud”. Pentru că sunt atrași poli opuși magneți, apoi polul nord al săgeții indică către polul magnetic sud al Pământului (vezi Fig. 8).
Orez. 8. Interacțiunea busolei și polii magnetici ai Pământului Se pare că polul magnetic sud este situat la nordul geografic. Și invers, magneticul nordic este situat la polul geografic sud al Pământului. |
Acum, după ce ne-am familiarizat cu modelul câmpului magnetic, examinăm câmpul unui conductor cu curent continuu. În secolul al XIX-lea, omul de știință danez Oersted a descoperit că un ac magnetic interacționează cu un conductor prin care trece un curent electric (vezi Fig. 9).
Orez. 9. Interacțiunea unui ac magnetic cu un conductor
Practica arată că în câmpul magnetic al unui conductor rectiliniu cu curent, acul magnetic în fiecare punct va fi setat tangenţial la un anumit cerc. Planul acestui cerc este perpendicular pe conductorul cu curent, iar centrul acestuia se află pe axa conductorului (vezi Fig. 10).
Orez. 10. Amplasarea acului magnetic în câmpul magnetic al unui conductor drept
Dacă schimbați direcția fluxului de curent prin conductor, atunci acul magnetic din fiecare punct se va întoarce în direcția opusă (vezi Fig. 11).
Orez. 11. La schimbarea direcției de curgere a curentului electric
Adică, direcția câmpului magnetic depinde de direcția fluxului de curent prin conductor. Această dependență poate fi descrisă folosind un experiment simplu metoda stabilita - regulile gimletului:
dacă direcția mișcării de translație a brațului coincide cu direcția curentului în conductor, atunci sensul de rotație al mânerului acestuia coincide cu direcția câmpului magnetic creat de acest conductor (vezi Fig. 12).
Deci, câmpul magnetic al unui conductor cu curent este direcționat în fiecare punct tangențial la un cerc situat într-un plan perpendicular pe conductor. Centrul cercului coincide cu axa conductorului. Direcția vectorului câmpului magnetic în fiecare punct este legată de direcția curentului în conductor prin regula brațelor. Empiric, la modificarea puterii curentului și a distanței de la conductor, s-a constatat că modulul vectorului de inducție magnetică este proporțional cu curentul și invers proporțional cu distanța de la conductor. Modulul vectorului de inducție magnetică al câmpului creat de un conductor infinit care poartă curent este egal cu:
unde este coeficientul de proporționalitate, care se găsește adesea în magnetism. Se numește permeabilitatea magnetică a vidului. Numeric egal cu:
Pentru câmpurile magnetice, precum și pentru cele electrice, principiul suprapunerii este valabil. Câmpurile magnetice create de diferite surse într-un punct din spațiu se adună (vezi Fig. 13).
Orez. 13. Câmpurile magnetice din diferite surse se adună
Puterea totală caracteristică unui astfel de câmp va fi suma vectoriala caracteristicile de putere ale câmpurilor fiecăreia dintre surse. Mărimea inducției magnetice a câmpului creat de curent într-un anumit punct poate fi mărită prin îndoirea conductorului într-un cerc. Acest lucru va fi clar dacă luăm în considerare câmpurile magnetice ale segmentelor mici ale unei astfel de bobine de sârmă într-un punct din interiorul acestei bobine. De exemplu, în centru.
Segmentul marcat , conform regulii gimletului, creează în el un câmp ascendent (vezi Fig. 14).
Orez. 14. Câmpul magnetic al segmentelor
Segmentul creează în mod similar un câmp magnetic în acest punct îndreptat acolo. Același lucru este valabil și pentru alte segmente. Apoi, caracteristica forței totale (adică vectorul de inducție magnetică B) în acest punct va fi o suprapunere a caracteristicilor de forță ale câmpurilor magnetice ale tuturor segmentelor mici în acest punct și va fi îndreptată în sus (vezi Fig. 15).
Orez. 15. Caracteristica de putere totală în centrul bobinei
Pentru o bobină arbitrară, nu neapărat în formă de cerc, de exemplu, pentru un cadru pătrat (vezi Fig. 16), valoarea vectorului din interiorul bobinei va depinde în mod natural de forma, dimensiunea bobinei și curentul puterea în ea, dar direcția vectorului de inducție magnetică va fi întotdeauna determinată în același mod (ca o suprapunere a câmpurilor create de segmente mici).
Orez. 16. Câmp magnetic al segmentelor de cadru pătrat
Am descris în detaliu determinarea direcției câmpului în interiorul bobinei, dar în cazul general poate fi găsită mult mai ușor, după o regulă a vrmei ușor modificată:
dacă rotiți mânerul brațului în direcția în care curge curentul în bobină, atunci vârful brațului va indica direcția vectorului de inducție magnetică din interiorul bobinei (vezi Fig. 17).
Adică, acum rotația mânerului corespunde direcției curentului, iar mișcarea brațului corespunde direcției câmpului. Și nu invers, așa cum era cazul unui conductor drept. Dacă un conductor lung, prin care curge curentul, este înfăşurat într-un arc, atunci acest dispozitiv va fi un set de spire. Câmpurile magnetice ale fiecărei spire a bobinei se vor aduna conform principiului suprapunerii. Astfel, câmpul creat de bobină la un moment dat va fi suma câmpurilor create de fiecare dintre spire în acel punct. Imaginea liniilor de câmp ale câmpului unei astfel de bobine pe care o vedeți în Fig. optsprezece.
Orez. 18. Liniile electrice ale bobinei
Un astfel de dispozitiv se numește bobină, solenoid sau electromagnet. Este ușor de observat că proprietățile magnetice ale bobinei vor fi aceleași cu cele ale unui magnet permanent (vezi Fig. 19).
Orez. 19. Proprietăți magnetice ale bobinei și magnetului permanent
O parte a bobinei (care este în imaginea de mai sus) joacă rolul polului nord al magnetului, iar cealaltă parte - polul sud. Un astfel de dispozitiv este utilizat pe scară largă în tehnologie, deoarece poate fi controlat: devine magnet doar atunci când curentul din bobină este pornit. Rețineți că liniile câmpului magnetic din interiorul bobinei sunt aproape paralele și dense. Câmpul din interiorul solenoidului este foarte puternic și uniform. Câmpul din exteriorul bobinei este neuniform, este mult mai slab decât câmpul din interior și este îndreptat în direcția opusă. Direcția câmpului magnetic în interiorul bobinei este determinată de regula brațelor ca și pentru câmpul din interiorul unei spire. Pentru sensul de rotație al mânerului, luăm direcția curentului care curge prin bobină, iar mișcarea brațului indică direcția câmpului magnetic din interiorul acesteia (vezi Fig. 20).
Orez. 20. Regula brațului pentru mulinetă
Dacă plasați o bobină purtătoare de curent într-un câmp magnetic, aceasta se va reorienta ca un ac magnetic. Momentul forței care provoacă rotația este legat de modulul vectorului de inducție magnetică într-un punct dat, aria bobinei și puterea curentului din aceasta prin următoarea relație:
Acum devine clar pentru noi de unde provin proprietățile magnetice ale unui magnet permanent: un electron care se mișcă într-un atom de-a lungul unei căi închise este ca o bobină cu curent și, ca o bobină, are un câmp magnetic. Și, așa cum am văzut cu exemplul unei bobine, multe spire de curent, ordonate într-un anumit fel, au un câmp magnetic puternic.
|
Câmpul creat de magneții permanenți este rezultatul mișcării sarcinilor în interiorul acestora. Și aceste sarcini sunt electroni în atomi (vezi Fig. 21).
Orez. 21. Mișcarea electronilor în atomi Să explicăm mecanismul apariției sale la nivel calitativ. După cum știți, electronii dintr-un atom sunt în mișcare. Deci, fiecare electron, în fiecare atom, își creează propriul câmp magnetic, astfel, se obține un număr imens de magneți de mărimea unui atom. În majoritatea substanțelor, acești magneți și câmpurile lor magnetice sunt orientate aleatoriu. Prin urmare, câmpul magnetic total creat de corp este zero. Dar există substanțe în care câmpurile magnetice create de electronii individuali sunt orientate în același mod (vezi Fig. 22).
Orez. 22. Câmpurile magnetice sunt orientate la fel Prin urmare, câmpurile magnetice create de fiecare electron se adună. Drept urmare, un corp format dintr-o astfel de substanță are un câmp magnetic și este magnet permanent. Într-un câmp magnetic extern, atomi individuali sau grupuri de atomi, care, după cum am aflat, au propriul lor câmp magnetic, se întorc ca un ac de busolă (vezi Fig. 23).
Orez. 23. Rotația atomilor într-un câmp magnetic extern Dacă înainte nu erau orientați într-o direcție și nu formau un câmp magnetic total puternic, atunci după ordonarea magneților elementari, câmpurile lor magnetice se vor aduna. Și dacă după acțiune câmp extern ordinea va fi păstrată, substanța va rămâne un magnet. Procesul descris se numește magnetizare. |
Desemnați polii sursei de curent care alimentează solenoidul la punctul indicat în fig. 24 de interacțiuni. Argumentăm: un solenoid în care curge DC. se comportă ca un magnet.
Orez. 24. Sursa curentă
Conform fig. 24 arată că acul magnetic este orientat cu polul sud spre solenoid. La fel ca polii magneților se resping reciproc, în timp ce polii opuși se atrag. De aici rezultă că polul stâng al solenoidului însuși este cel nord (vezi Fig. 25).
Orez. 25. Polul stâng al solenoidului nord
Liniile de inducție magnetică părăsesc polul nord și intră în sud. Aceasta înseamnă că câmpul din interiorul solenoidului este îndreptat spre stânga (vezi Fig. 26).
Orez. 26. Câmpul din interiorul solenoidului este îndreptat spre stânga
Ei bine, direcția câmpului în interiorul solenoidului este determinată de regula gimletului. Știm că câmpul este îndreptat spre stânga, așa că să ne imaginăm că brațul este înșurubat în această direcție. Apoi mânerul său va indica direcția curentului în solenoid - de la dreapta la stânga (vezi Fig. 27).
Direcția curentului este determinată de direcția de mișcare a sarcinii pozitive. ȘI sarcină pozitivă se deplasează dintr-un punct cu un potenţial mai mare (polul pozitiv al sursei) într-un punct cu unul mai mic (polul negativ al sursei). Prin urmare, polul sursă situat în dreapta este pozitiv, iar în stânga este negativ (vezi Fig. 28).
Orez. 28. Determinarea polilor sursei
Sarcina 2
Un cadru cu o suprafață de 400 este plasat într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 0,1 T, astfel încât normala cadrului să fie perpendiculară pe liniile de inducție. La ce putere de curent va acționa cuplul 20 asupra cadrului (vezi fig. 29)?
Orez. 29. Desen pentru problema 2
Să raționăm: momentul forței care provoacă rotația este legat de modulul vectorului de inducție magnetică într-un punct dat, aria bobinei și puterea curentului din aceasta prin următoarea relație:
În cazul nostru, toate datele necesare sunt disponibile. Rămâne să exprimați puterea curentă dorită și să calculați răspunsul:
Problema rezolvata.
Bibliografie
- Sokolovici Yu.A., Bogdanova G.S. Fizica: Manual cu exemple de rezolvare a problemelor. - redistribuire ediția a 2-a. - X .: Vesta: Editura „Ranok”, 2005. - 464 p.
- Myakishev G.Ya. Fizica: Proc. pentru 11 celule. educatie generala instituţiilor. - M.: Educație, 2010.
- Portalul de internet „Knowledge Hypermarket” ()
- Portalul de internet „Colecția unificată a DER” ()
Teme pentru acasă
Director de locuri de muncă.
Sarcini D13. Un câmp magnetic. Inductie electromagnetica
Faceți testul pentru aceste sarcini
Înapoi la catalogul de locuri de muncă
Versiune pentru imprimare și copiere în MS Word
Un curent electric a fost trecut printr-un cadru conductor de lumină situat între polii unui magnet de potcoavă, a cărui direcție este indicată prin săgeți în figură.
Decizie.
Câmpul magnetic va fi direcționat de la polul nord al magnetului spre sud (perpendicular pe partea AB a cadrului). Forța Amperi acționează pe părțile laterale ale cadrului cu curent, a cărui direcție este determinată de regula stângii, iar valoarea este . Astfel, forțe egale ca mărime, dar de direcție opusă vor acționa pe partea AB a cadrului și pe partea paralelă cu acesta: pe partea stângă „de la noi”, iar pe partea dreaptă „pe noi”. Celelalte părți ale forței nu vor acționa, deoarece curentul curge în ele în paralel linii de forță câmpuri. Astfel, cadrul va începe să se rotească în sensul acelor de ceasornic când este privit de sus.
Pe măsură ce se rotește, direcția forței se va schimba și în momentul în care cadrul se rotește cu 90°, cuplul se va schimba direcția, astfel încât cadrul nu se va mai roti. De ceva timp, cadrul va oscila în această poziție, iar apoi va fi în poziția indicată în Figura 4.
Raspuns: 4
Sursa: GIA în Fizică. val principal. Opțiunea 1313.
Un curent electric trece prin bobină, a cărui direcție este prezentată în figură. În același timp, la capetele miezului de fier al bobinei
1) se formează poli magnetici: la capăt 1 - polul nord; la capătul 2 - sud
2) se formează poli magnetici: la capăt 1 - polul sud; la capătul 2 - nordic
3) se acumulează sarcini electrice: la capăt 1 - o sarcină negativă; sfârşitul 2 - pozitiv
4) se acumulează sarcini electrice: la capăt 1 - o sarcină pozitivă; la sfârşitul lui 2 - negativ
Decizie.
Când particulele încărcate se mișcă, apare întotdeauna un câmp magnetic. Să folosim regula mâinii drepte pentru a determina direcția vectorului de inducție magnetică: să ne îndreptăm degetele de-a lungul liniei curente, apoi degetul mare îndoit va indica direcția vectorului de inducție magnetică. Astfel, liniile de inducție magnetică sunt direcționate de la capătul 1 la capătul 2. Liniile câmpului magnetic intră în polul magnetic sudic și ies din nord.
Răspunsul corect este numerotat 2.
Notă.
În interiorul magnetului (bobinei), liniile câmpului magnetic merg de la polul sud la nord.
Raspuns: 2
Sursa: GIA în Fizică. val principal. Opțiunea 1326., OGE-2019. val principal. Opțiunea 54416
Figura prezintă un model de linii de câmp magnetic de la doi magneți de bară, obținute folosind pilitura de fier. Care poli ai magneților de bară, judecând după locația acului magnetic, corespund zonelor 1 și 2?
1) 1 - polul nord; 2 - sud
2) 1 - sud; 2 - polul nord
3) atât 1, cât și 2 - la polul nord
4) atât 1 cât și 2 - la polul sud
Decizie.
Deoarece liniile magnetice sunt închise, polii nu pot fi atât la sud, cât și la nord în același timp. Litera N (Nord) indică polul nord, S (Sud) - sudul. Polul nord este atras spre sud. Prin urmare, zona 1 este polul sud, zona 2 este polul nord.