Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

Обнаружить магнитное поле вокруг металлического проводника с током можно несколькими способами. Например, использовать мелкие железные опилки.

На плоскость, перпендикулярно которой расположен проводник, нужно насыпать железные опилки. Железо может намагничиваться, попадая в магнитное поле, и поэтому опилки станут маленькими магнитными стрелками. Магнитное поле развернет эти стрелки и выстроит в линии, по которым направлено действие магнитных сил.

Электрическое поле мы изображаем векторами электрической напряжённости. Для изображения магнитного поля используют линии магнитного поля.

За положительное направление линий магнитного поля принято направление, вдоль которого ориентируется магнитная стрелка — от южного полюса к северному.

Магнитные линии замкнуты вокруг проводника, непрерывны и не пересекаются между собой. Через любую точку около проводника с током можно провести магнитную линию.

Обрати внимание!

Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля (рис. 1).

Рис. 1

Если прямой проводник пропустить сквозь лист картона, на который насыпан тонкий слой железных опилок, включить ток и опилки слегка встряхнуть, то под действием магнитного поля тока железные опилки расположатся вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям (рис. 2).

Рис. 2

На рисунке показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком. Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока (рис. 3, а).

При изменении направления тока в проводнике на противоположное (к нам), что условно обозначено кружком с точкой, все магнитные стрелки поворачиваются на \(180\)° (рис.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. 3, б).

Рис. 3

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

Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки:

если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током (рис. 4), то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.

Рис. 4

Что представляют собой магнитные линии магнитного поля тока? 1. Линии, исходящие от

Срочно решите задачи

Яку силу треба прикласти, щоб витягнути тіло масою 80 кг по похилій площині висотою 1,5 м та довжиною2,5 мз прискоренням 2 м/ С2. Коефіцієнт тертя 0,3

.

визначте силу тажіння яка діє на тіло масою 100г (g=10H/кг​

Задача 1 Определить массовую долю сахара в растворе, который образуется при растворении 50г сахара в 200г воды. Задача 2 Определить массы воды и соли

необходимые для приготовления 250г 30% -го раствора соли. Задача 3 растворе массой 300г с массовой долей щелочи 2% растворили 20 г щелочи. Вычислить массовую долю щелочи в новообразованном растворе. Задача 4 Рассчитайте массовую долю сахара в растворе, содержащем 200 г воды и 50 г сахара. Задача 5 В 750г 25% -го раствора соли долили 250 г воды. Определите массовую долю соли после разбавления.​

мідна куля в повітрі має вагу 1.96H, а у воді-1,47H. Визнач чи суцільна ця куля? Якщо ні то знайди об’єм порожнини.​

До двох однакових пружин жорсткістю k причепили два тіла (перше – масою m, друге — масою 2m). Порівняйте потенціальні енергії пружин.​

11
Марат нашёл среди книг прадедушки практическое пособие для ремесленных училищ ирешил, следуя этому пособию, попробовать самостоятельно сварить мы

ло. Согласно приведённым в книге указаниям, сначала нужно было изготовить водный раствор глицерина с массовым соотношением компонентов 1 : 1. Марат взял m = 2 кг глицерина и такую же массу воды и смешал их.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Плотность воды ρв = 1 г/см3, плотность глицерина ρг = 1,261 г/см3.
1) Рассчитайте суммарный объём компонентов смеси.
2) Рассчитайте плотность полученного раствора, считая, что объём полученного раствора равен суммарному объёму компонентов смеси.
3) Проведённые Маратом измерения показали, что на самом деле плотность полученной смеси составила ρр = 1,126 г/см3. Причина отличия в том, что после смешивания молекулы воды и глицерина занимают меньший объём, чем в чистом состоянии до смешивания. Рассчитайте по полученным данным, на сколько объём полученного раствора отличается от суммарного объёма его исходных частей. Очень срочно

Які електричні лампи використовують для практичних потреб людини?

Спортсмен плигає з вишки у воду. Чому дорівнює опір повітря, якщо маса спортсмена 48 кг і падає він 1,8 с.​

який тиск чинить на ґрунт кам’яна колона заввишки 5м? Густина каменю становить 2700кг/м3​

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.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

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!

Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.

В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой из этих стрелочек в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

На рисунке 278 изображена картина магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток, и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля. Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию, но так, чтобы она охватывала проводник с током.

На рисунке 219, а показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нем направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. 279,6; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой). Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

Вопросы. 1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? 2.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тона? 3. Что называют магнитной линией магнитного поля? 4. Для чего вводят понятие магнитной линии поля? 5. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?

Магнитное поле, силовые линии, вектор магнитной индукции, принцип суперпозиции. Курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Магнитное поле. Основные понятия

  • Магнитное поле. Вектор магнитной индукции

Магнитное поле

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваются наэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

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

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Вектор магнитной индукции

Это векторная величина, характеризующая силовое действие поля.

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии r от него:

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

Индукция магнитного поля соленоида (катушка, витки которой последовательно обходятся током в одном направлении):

Принцип суперпозиции

Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

Земля является не только большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров.

Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Если компас разместить в магнитном поле Земли, то его северная стрелка ориентируется вдоль линий магнитной индукции в направлении южного магнитного полюса, то есть укажет нам, где располагается географический север.

Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени — вековые изменения.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Однако время от времени происходят магнитные бури, когда в течение нескольких часов магнитное поле Земли сильно искажается, а затем постепенно возвращается к прежним значениям. Такое резкое изменение влияет на самочувствие людей.

Магнитное поле Земли является «щитом», прикрывающего нашу планету от частиц, проникающих из космоса («солнечного ветра»). Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подходят гораздо ближе к поверхности Земли. При мощных солнечных вспышках магнитосфера деформируется, и эти частицы могут переходить в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с молекулами газа, образуются полярные сияния.

Частицы диоксида железа на магнитной пленке хорошо намагничиваются в процессе записи.

Поезда на магнитной подушке скользят над поверхностью совершенно без трения. Поезд способен развивать скорость до 650 км/ч.

Работа головного мозга, пульсация сердца сопровождается электрическими импульсами. При этом в органах возникает слабое магнитное поле.

Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

На прошлом уроке мы познакомились с магнитным полем.
Напомним, что магнитное поле возникает не только вокруг магнита, но и вокруг
проводника с током, то есть, вокруг движущихся зарядов. Мы упомянули о том, что
магнитные линии — круговые, то есть магнитное поле как бы окутывает
проводник.

По мере удаления от проводника, магнитное поле
ослабевает, подобно тому, как электрическое поле ослабевает по мере удаления от
заряда. Так же, как и с направлением электрического тока, за направление
магнитных линий условно взято направление, которое указывает северный полюс
магнитной стрелки
.

Заметим, что если ток в проводнике будет идти в
обратном направлении, то магнитные линии тоже поменяют своё направление на
противоположное. Значит, направление магнитных линий связано с направлением
тока в проводнике.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

На самом деле, полюса магнита названы северным и
южным, как вы уже, наверное, догадались, из-за магнитного поля Земли.

Все мы слышали о компасе, да и, наверное, многие его
видели. В связи с тем, что у Земли есть магнитное поле, с помощью стрелки
компаса, мы можем ориентироваться на местности.

Так вот, стрелка компаса указывает нам направление на
север. Но вы, ведь понимаете, что мы точно также можем определить направление
на юг, с помощью компаса. Поэтому, направление выбрали чисто условно. Но
поскольку магнитные линии замкнуты, то внутри магнита и вне магнита они
направлены по-разному. За направление магнитных линий, условно принято
направление от южного полюса к северному внутри магнита и от северного к южному
вне магнита.

Итак, как же работает компас? Дело в том, что Земля
является огромным магнитом, у которого, как и у любого другого магнита, есть
полюса.

Как мы помним из предыдущего урока, полюса больше
всего воздействуют на другие тела, поэтому, намагниченная стрелка компаса
тянется к магнитным полюсам Земли.

Итак, мы разобрались с направлением магнитных линий,
теперь надо условиться, как их обозначать. Существуют общепринятые обозначения:
круг с точкой внутри — значит, направление к нам (то есть из чертежа).

Круг с крестиком внутри — направление от нас (то есть
внутрь чертежа).

Также, нам может быть показано и направление тока.
Тогда окружности вокруг этого проводника с током будут соответствовать
магнитным линиям. Опять же, при противоположном направлении тока, магнитные
линии будут направлены в противоположные стороны. Чем сильнее магнитное поле,
тем гуще будут магнитные линии.

И ещё одна важная деталь о магнитных линиях и о
магнитном поле в целом. Поля бывают однородные и неоднородные. Если в любой
точке магнитного поля действие на магнитную стрелку одинаковое (по силе и по
направлению), то такое поле однородное, а другие поля — неоднородные.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

Это можно объяснить и так: вот вы видите параллельные
магнитные линии, расположенные с одинаковой густотой.

Это пример однородного поля.

А вот это пример неоднородного поля: здесь линии
направлены по-разному, да и не с одинаковой густотой.

Если мы рассмотрим полосовой магнит, то увидим, что
поле, проходящее внутри магнита практически однородно. Хотя вне магнита мы не
можем назвать поле однородным, поскольку направление магнитных линий постоянно
меняется.

В ближайшее время, мы почти всегда будем рассматривать
однородные поля, поскольку это значительно упрощает расчеты, а с неоднородными
полями мы познакомимся подробно ещё не скоро.

1. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

1. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

Слайд — шоу
«Компас»
Слайд-шоу
«Магнитное поле в природе и технике»
Слайд-шоу
«Магнитное поле в природе и технике»

Рассмотрим опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский ученый Ханс Кристиан Эрстед Выполненный опыт показывает, что вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя ее. Вокруг неподвижных электрических зарядов существует только
электрическое поле. Движущиеся электрические заряды и
изменяющиеся электрические поля создают в окружающем пространстве магнитное поле.
Через магнитное поле осуществляются взаимодействия
электрических токов, постоянных магнитов и токов с магнитами. Электрические
взаимодействия токов пренебрежимо малы по сравнению с их магнитными взаимодействиями.

В современной физике магнитное поле характеризуют векторной
величиной, называемой магнитной индукцией B.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.  Вектор B в любой точке А магнитного поля совпадает по направлению с силой,
действующей на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в А: на полюсы
этой стрелки действует пара сил, устанавливающая ее в направлении B. Поэтому магнитные поля
изучают с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые, намагничиваясь в нем, как бы
превращаются в маленькие магнитные стрелочки.

Магнитное поле прямолинейного тока

Если есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг

этого проводника можно с помощью железных опилок-стрелочек. Опилки-стрелочки при замыкании тока в цепи и

после
легкого постукивания по листу образуют цепочки в виде окружностей с общим центром на оси тока.
Поэтому магнитное поле электрического тока графически изображают в виде линий магнитной индукции. Линии магнитной индукции представляют
собой окружности с центрами на оси тока, расположенные в плоскостях, перпендикулярных направлению тока.
Их направление определяют по правилу правого винта: при поступательном движении

винта в направлении тока
его вращение указывает направление магнитного поля этого тока.

Посмотреть и прочитать материал можно на сайте http://ilyukhin.ru/articles/article.php?id=19 Физика для школьников

Прослушать урок можно на сайте «физика школьникам»  Магнитное поле. Опыт Эрстеда. Магнитные линии. 
Основные понятия: магнитное поле, опыт Эрстеда, магнитные линии.

Интерактивный тест Магнитное поле прямого тока.
Магнитные линии…

Updating…

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:48

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:48

ć

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:48

Ольга Федотова,

6 янв.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. 2016 г., 10:48

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:48

ĉ

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:49

ć

Ольга Федотова,

6 янв. 2016 г., 10:49

Ċ

Ольга Федотова,

28 февр. 2016 г., 21:32

Ольга Федотова,

4 янв. 2016 г., 23:50

Магнитные поля и линии магнитного поля

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите магнитное поле и опишите силовые линии различных магнитных полей.

Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности.Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на рисунке 1, направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B-полем.

Рис. 1. Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте.(a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, его не побеспокоят. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого пробного заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не тестирующий их зонд.) На рисунке 2 показано, как магнитное поле появляется для токовой петли и длинный прямой провод, который можно исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B.Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.

Рис. 2. Маленькие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, наконечника стрелки).

Установление соединений: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи. Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе).Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

  1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.
  2. Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
  3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
  4. Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Сводка раздела

  • Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
    • Поле касается линии магнитного поля.
    • Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
    • Линии поля не могут пересекаться.
    • Полевые линии представляют собой непрерывные петли.

Концептуальные вопросы

  1. Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)
  2. Перечислите сходства силовых линий магнитного и электрического поля.Например, направление поля касается линии в любой точке пространства. Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.
  3. Заметив, что силовые линии магнитного стержня похожи на силовые линии пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
  4. Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где оно больше всего?

Глоссарий

Магнитное поле:
представление магнитных сил
B-поле:
другой термин для обозначения магнитного поля
линий магнитного поля:
графическое изображение силы и направления магнитного поля
направление силовых линий магнитного поля:
направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса

линий магнитного поля | Блестящая вики по математике и науке

Земля:

Возможно, вы читали о разрушительных солнечных вспышках, вызванных солнечными бурями, или о прекрасных образцах ионизации, которые формируют северное сияние (Северное сияние).Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. \ text {th} В 17 веке китайские путешественники заметили, что с компасами в море шутят. Исследователи предположили, что вращение Земли и присутствие железа в мантии Земли могли вызвать этот аномальный магнетизм. Эти теории вскоре были опровергнуты и заменены теорией геодинамо, которая утверждает, что многие ионы движутся в мантии под поверхностью нашей Земли, тем самым создавая ток, который создает магнитное поле.

Обратите внимание: как и у любого стержневого магнита, наша Земля также имеет два полюса, с той разницей, что эти полюса не совпадают с нашими географическими северным и южным полюсами, и поэтому известны как магнитные полюса.Из свойств стержневых магнитов мы знаем, что силовые линии магнитного поля, ответственные за поле, берут начало на севере и заканчиваются на южном полюсе и, таким образом, представляют собой замкнутые контуры. Хотя иногда считают, что в ядре Земли находится огромный магнит, это совсем не так, но дает хорошую картину для тематического исследования.

Как упоминалось ранее, магнитное поле Земли отклоняет вредные солнечные вспышки, унося ионизированные частицы. Рассмотрим заряженную частицу, падающую от Солнца.Направляясь прямо к Земле, он встречает магнитное поле, перпендикулярное его движению, и отклоняется. Это создает своего рода защитный щит вокруг Земли и может выдерживать типичные солнечные вспышки. Эффект магнитного экранирования проиллюстрирован ниже:

Ускорители частиц:

Ускорители элементарных частиц используются для ускорения элементарных частиц и атомов до огромных скоростей, приближающихся к скорости света. Затем частицы сталкиваются, и продукты этих столкновений тщательно анализируются на предмет признаков гипотетических или полностью новых частиц.Ускорители также используются для генерации излучения, используемого при лечении рака, например, при протонной терапии.

Ускорители

бывают нескольких типов, основными из которых являются циклотрон и синхотрон.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

Циклотрон:

Механизм циклотрона сочетает в себе постоянное магнитное поле с переключающимся электрическим полем, чтобы удерживать частицы на спиральных траекториях все увеличивающегося радиуса. Чтобы увидеть, как это работает, рассмотрим заряженную частицу массы mmm, совершающую круговое движение в постоянном магнитном поле.2} {r} .qvB = mrv2.

Это означает, что qB / m = v / rqB / m = v / rqB / m = v / r. Поскольку частота траектории определяется выражением 2πr / v2 \ pi r / v2πr / v, это предполагает, что частота орбиты составляет всего 1 / T = 2πm / qB1 / T = 2 \ pi m / qB1 / T = 2πm / qB. Мы замечаем, что это не зависит от энергии или радиуса. Таким образом, частица любой энергии будет поддерживать частоту 1 / T1 / T1 / T, даже если ее энергия меняется! Мы можем использовать эту невероятную регулярность траектории (даже если она спиралевидная) для создания простого ускорителя.

Рассмотрим область, в которой мы поддерживаем постоянное магнитное поле с напряженностью BBB. Далее рассмотрим разделительную линию (граница между красным и синим на схеме ниже). Когда частицы находятся справа от этой линии, электрическое поле указывает влево, ускоряя их влево через зазор, а когда частицы находятся слева, поле указывает вправо, и они ускоряются вправо. Поскольку магнитное поле удерживает частицы на траекториях с постоянной частотой, частицы регулярно ускоряются до более высокой энергии каждый раз, когда они пересекают зазор и движутся по траекториям с увеличивающимся радиусом.

Рассматривая это во временной области, мы видим, что мы можем запитать этот ускоритель электрическим полем, которое меняет ориентацию каждые T = qB / 2πmT = qB / 2 \ pi mT = qB / 2πm секунд. Черная линия соответствует красно-синему интерфейсу выше.

Таким образом, используя переключающееся EEE-поле (направленное прямо через зазор) и однородное BBB-поле (ориентированное вертикально) в тандеме, мы можем ускорять заряженные частицы по спиральным траекториям, которые затем могут быть выпущены из ускорителя и использованы для последующего использования.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. цели (т.е. столкновения, терапия и др.)

Синхотрон:

Синхротрон — это усовершенствованная форма циклотрона; это тип кругового ускорителя, в котором дипольные магниты используются для направления движения частицы, а квадрупольные магниты используются для сохранения фокусировки пучка заряженных частиц.

Большой адронный коллайдер

Высокочастотное радиочастотное поле используется для передачи энергии частицам, и путь остается постоянным независимо от энергии.Различие между циклотроном и синхротроном видно из-за генерации синхротронного излучения.

Синхротронное излучение возникает, когда электрон высокой энергии (скорость приближается к скорости света) проходит через дипольный магнит и испытывает боковую силу, вызывающую центростремительное ускорение. На этой стадии электрон испускает интенсивное излучение, касательное к его траектории, известное как синхротронное излучение.

Фотон:

Фотоны, конечно же, являются фундаментальными квантами света; на данной частоте интенсивность светового потока может изменяться только с шагом одного фотона.. Это поле изменяется в пространстве и времени, что означает, что оно создает магнитное поле в соответствии с законом индукции Фарадея. Магнитное поле сдвигается на полпериода и колеблется перпендикулярно электрическому полю. Очевидно, что аргумент применим в обратном порядке (распространяющееся магнитное поле порождает перпендикулярно колеблющееся электрическое поле), так что они неразделимы.

Визуализируя этот результат, мы видим, что электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве, состоит из связанных полей EEE и BBB, колеблющихся поперек общей оси, которая является направлением волны.

Линии поля представляют собой стрелки, указывающие от оси распространения до амплитуды каждой волны.

Набор данных

магнитных линий Земли | Наука в сфере

Описание

Земля похожа на гигантский магнит с Северным и Южным полюсами.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. Однако магнитные Северный и Южный полюсы не совпадают с географическими Северным и Южным полюсами. Географический северный полюс определяется широтой 90 ° северной широты и является осью вращения Земли.Магнитный северный полюс — это место, где магнитное поле Земли направлено вертикально вниз. Земля создает собственное магнитное поле из электрических токов, создаваемых в жидком железо-никелевом сердечнике. Чтобы проиллюстрировать магнитное поле Земли, были созданы три набора данных по магнетизму Земли. Все эти наборы данных показывают изменения магнитного поля с 1590 по 2010 год. Первый набор данных показывает силовые линии магнитного поля на поверхности Земли. Магнитные полюса обозначены звездами.Синие линии показывают, где магнитное поле опускается на Землю, а красные линии показывают, где магнитное поле выходит из Земли. Там, где силовые линии горизонтальны по отношению к Земле, между красной и синей линиями, магнитный экватор заштрихован желтым цветом.

Стрелки компаса указывают направление силовых линий магнитного поля, которое обычно отличается от направления на географический северный полюс. Направление наведения компаса также может отличаться от направления на Северный магнитный полюс, поскольку силовые линии магнитного поля — это не просто круги, соединяющие магнитные полюса.Второй набор данных показывает направления наведения компаса по всему миру. Черные линии (меридианы) указывают направление на Истинный Север. Угол между направлением наведения компаса и истинным севером называется магнитным склонением. Третий набор данных показывает линии равного магнитного склонения, измеренные в градусах восточной (положительной) или западной (отрицательной) части истинного севера. Черная линия — это место, где склонение равно нулю, а направления истинного севера и магнитного севера равны. Магнитные Северный и Южный полюса обозначены черными звездами.При использовании компаса для навигации важно знать магнитное склонение, чтобы можно было определить направление на истинный север.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. С 1970-х годов движение Северного магнитного полюса ускорилось, что заметно во всех трех наборах данных.

Примечательные особенности

  • Магнитные полюса (обозначенные звездами) медленно перемещаются со временем
  • В наборе данных линий магнитного поля желтая линия — это магнитный экватор
  • Направление стрелки компаса и магнитное склонение меняются со временем из-за изменений магнитного поля Земли
  • С 1970-х годов Северный Магнитный полюс ускоряется с менее чем 10 до более чем 30 миль в год

На этих рисунках и анимациях магнитное поле с 1590 по 1980 год определяется выражением
модель GUFM-1 Джексона и др.(2000), а поле с 1980 по 2010 гг.
дается поколения 10 Международного геомагнитного поля ссылки.

20.1 Магнитные поля, силовые линии и сила — Физика

Цели обучения секции

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

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 для средней школы рассматривает содержание этого раздела лаборатории под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

  • (5) Научные концепции.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. 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 Основные 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 слов, подобных магниту. Магнитные породы, найденные 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 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.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс. 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 полюсом: как полюса отталкиваются, а разные 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 около Земли, 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.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

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, меньший магнит 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.

Контроль захвата

К какому магнитному полюсу Земли притягивается северный полюс стрелки компаса?

  1. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.
  2. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  3. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.
  4. 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, по латинскому слову ferrum, обозначающему 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.

Рис. 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 не намагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами, расположенными ближе всего, как показано на правой стороне рисунка 20.7. Это вызывает силу притяжения, поэтому немагнитное железо притягивается к магниту.Что собой представляют магнитные линии магнитного поля: Магнитное поле прямого тока — урок. Физика, 8 класс.

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) Немагнитный кусок железа или другого ферромагнитного материала 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, температура Кюри которых намного ниже комнатной, и ферромагнитные 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
Поддержка учителя

Если держать магнит рядом с немагнитным ферромагнитным материалом, он поляризует ферромагнитный материал магнитным полем, в результате чего атомные магнитные диполи ориентируются 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.

Контроль 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?

  1. 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.
  2. 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 и 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.Другой 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 с захватом

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.

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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

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 металлолома, 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.(предоставлено Биллом 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 r от провода, сила магнитного поля B 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.

Контроль 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?

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Контроль 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?

  1. При уменьшении количества витков с четырех до двух напряженность магнитного поля не изменится.
  2. Напряженность магнитного поля уменьшается до половины от исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
  3. Напряженность магнитного поля увеличивается вдвое по сравнению с исходным значением, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
  4. Напряженность магнитного поля увеличивается в четыре раза от исходного значения при уменьшении количества витков 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, создаваемое 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 может быть найдено 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 класса «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 носа к корме 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.

Контроль 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?

  1. Течение должно течь вертикально сверху вниз, если смотреть сзади лодки.
  2. Течение должно течь вертикально снизу вверх, если смотреть сзади лодки.
  3. Течение должно течь горизонтально слева направо, если смотреть сзади лодки.
  4. 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 за время t, то их скорость равна v = ℓ / t.v = ℓ / 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 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 для I к вектору для B, и большой палец правой руки будет указывать в направлении силы, действующей на провод. Для провода, показанного на рис. 20.19, сила направлена ​​внутрь страницы.

Рис. 20.19. Прямой провод, по которому проходит ток I в магнитном поле B. Сила, действующая на провод, направлена ​​внутрь страницы. Длина ℓℓ — это длина провода, находящегося 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. Длина провода внутри магнитного поля составляет 4,0 см, а угол между направлением тока и направлением магнитного поля составляет 90 °. Чтобы найти направление силы, используйте правило правой руки, как описано сразу после уравнения F = IℓBsinθ.F = IℓBsinθ.

Решение

Вставьте указанные значения в уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ, чтобы найти величину силы

F = IℓBsinθ = (1.5A) (0,040 м) (2,0T) = 0,12N. F = IℓBsinθ = (1,5A) (0,040 м) (2,0T) = 0,12N.

20,9

Чтобы найти направление силы, начните с размещения вектора тока вплотную к вектору магнитного поля..-направление. Сила, действующая на провод с током в магнитном поле, является основой всех электродвигателей, как мы увидим в следующих разделах.

Практические задачи

1.

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

  1. 0,8 × 10 –13 N
  2. 1,6 × 10 –14 N
  3. 0,8 × 10 –14 N
  4. 1,6 × 10 –13 N

2.

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

  1. 1,10 × 10 –2 T
  2. 0,55 × 10 –2 T
  3. 1,10 т
  4. 0,55 т

Проверьте свое понимание

3.

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

  1. Либо южный полюс магнита 1 ближе к северному полюсу магнита 2, либо северный полюс магнита 1 ближе к южному полюсу магнита 2.
  2. Либо южные полюса магнита 1 и магнита 2 расположены ближе друг к другу, либо северные полюса магнита 1 и магнита 2 расположены ближе друг к другу.

4.

Опишите методы размагничивания ферромагнетика.

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

5.

Что такое магнитное поле?

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

6.

Какой из следующих рисунков правильный?

22.3 Магнитные поля и линии магнитного поля — College Physics

Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта.Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности. Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на рисунке 22.15, направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса.Магнитное поле традиционно называют B-полем.

Рис. 22.15. Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, на которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте. (a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом в терминах определений полюсов стержневого магнита.) (б) Соединение стрелок дает непрерывные силовые линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.

Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, его не побеспокоят. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого пробного заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не тестирующий их зонд.На рисунке 22.16 показано, как выглядит магнитное поле для токовой петли и длинного прямого провода, что можно было бы исследовать с помощью небольших компасов. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в этом месте, а его северный полюс будет указывать в направлении B. Обратите внимание на символы, используемые для ввода поля в бумагу и выхода из нее.

Рис. 22.16. Маленькие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита.(б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, наконечника стрелки).

Установление соединений: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи.Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

  1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства.Маленький компас укажет направление линии поля.
  2. Сила поля пропорциональна близости линий. Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
  3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
  4. Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса не могут быть разделены. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Что такое магнитное поле?

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

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

А?

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

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

  1. Что делает магнитное поле?

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

  1. Как измерить магнитное поле?

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

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

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

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

Гигантский магнит-подкова, притягивающий скрепку

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

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

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

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

Силовые линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

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

Железные опилки, насыпанные на лист бумаги поверх стержневого магнита

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

5. Магнитные силы проникают не только в воздух?

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

Магнитные силы могут проникать в бумагу.Показаны магниты героев.

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

(Показан магнитный жезл. Активность из набора массивных магнитов.)

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

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

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

Поделиться:

КОНВЕКЦИОННАЯ ЗОНА

КОНВЕКЦИОННАЯ ЗОНА

Что такое магнитные поля?

Проще говоря, магнитное поле — это область вокруг магнита.Магниты сделаны из минерала, называемого магнетидом (или магнитом), который обладает свойством притягивать
утюг. Ученые используют линии магнитного поля, чтобы представить эти магнитные поля. Силовые линии магнитного поля простого магнита показаны на рисунке ниже.
от северного полюса до южного полюса. Однако силовые линии магнитного поля не заканчиваются только на кончике магнита. Они проходят насквозь, так что внутри магнита
магнитное поле направлено от южного полюса к северному полюсу. Таким образом, силовые линии магнитного поля образуют замкнутую петлю и не имеют концов.Поэтому магнитный
поле в этом случае тоже не имеет концов.
На самом деле это всегда так. Магнитные поля, какими бы сложными они ни были, не имеют конца.

Эти магнитные поля очень важны, поскольку они оказывают влияние на другие объекты. Как мы уже говорили, магниты всегда притягивают предметы, сделанные из железа. Чтобы увидеть
это, поднести магнит к гвоздю (сделанному из железа) и посмотреть, как магнит притягивает гвоздь к себе? Обратите внимание, что по мере того, как вы приближаете магнит к гвоздю, притяжение между
гвоздь и магнит становится сильнее.Если вы отодвинете магнит дальше от гвоздя, притяжение станет слабее до того момента, когда гвоздь перестанет притягиваться.
все вместе. Это потому, что в какой-то момент гвоздь вошел в магнитное поле магнита и был притянут к магниту магнитной силой. Мы говорим, что
магнитное поле оказывает на гвоздь магнитную силу. Сила этой силы зависит от расстояния между магнитом и гвоздем.

Линии магнитного поля. В отличие от полюсов, полюса притягивают друг друга. Как поляки отталкивают друг друга. >

Однако магнитные поля одного магнита также оказывают магнитное воздействие на другие магниты. Возьмите два магнита и поместите их рядом друг с другом. Когда в отличие от полюсов, то есть на севере
а южные полюса двух магнитов расположены близко друг к другу, силовые линии магнитного поля соединяются, заставляя магниты притягиваться друг к другу. Если, с другой стороны, подобное
полюса, то есть северный и северный полюсы (или южный и южный полюсы) расположены близко друг к другу, магниты не соединяются, а магниты отталкиваются друг от друга.
Вот почему стрелка компаса всегда указывает север / юг. Северный магнитный полюс Земли притягивает южный магнитный полюс стрелки компаса. Следовательно
Южный магнитный полюс стрелки компаса указывает на северный полюс Земли. Если вы поместите сильный магнит рядом со стрелкой компаса, стрелка повернется и укажет
к северному полюсу магнита. Если вы удалите магнит, игла вернется в исходное положение.

Однако вам не обязательно нужен магнит для создания магнитного поля.Магнитные поля также могут создаваться движущимися зарядами (электронами или положительно / отрицательно заряженными).
атомов). Таким образом, электрические токи, которые в основном представляют собой просто движущиеся электроны, протекающие по проводу, создают магнитное поле. Это открыл французский физик.
Андре Мари Ампер (1775-1836). Этот эффект можно проиллюстрировать на очень простом примере.

Электрический ток создает магнитное поле

Все, что вам нужно для проведения этого эксперимента, — это два куска провода, батарея, катушка с проводом и компас.