„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 neomogen. 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-inducție. Densitatea energiei camp 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

Așa cum o sarcină electrică în repaus acționează asupra unei alte sarcini printr-un câmp electric, un curent electric acționează asupra altui curent prin intermediul camp magnetic. Acțiunea unui câmp magnetic asupra magneților permanenți se reduce la acțiunea sa asupra sarcinilor care se deplasează în atomii unei substanțe și creează curenți circulari microscopici.

Doctrina a electromagnetism bazat pe două ipoteze:

• câmpul magnetic acționează asupra sarcinilor și curenților în mișcare;
• un câmp magnetic apare în jurul curenților și sarcinilor în mișcare.

Interacțiunea magneților

Magnet permanent(sau acul magnetic) este orientat de-a lungul meridianului magnetic al Pământului. Capătul îndreptat spre nord se numește polul Nord(N) iar capătul opus este polul Sud (S). Apropiindu-ne doi magneți unul de celălalt, observăm că polii lor asemănători se resping, iar cei opuși se atrag ( orez. unu ).

Dacă separăm polii tăind magnetul permanent în două părți, atunci vom constata că fiecare dintre ei va avea și el doi poli, adică va fi un magnet permanent ( orez. 2 ). Ambii poli - nord și sud - sunt inseparabili unul de celălalt, egali.

Câmpul magnetic creat de Pământ sau de magneții permanenți este reprezentat, ca și câmpul electric, prin linii de forță magnetice. O imagine a liniilor de câmp magnetic ale unui magnet poate fi obținută prin plasarea peste acesta a unei foi de hârtie, pe care se toarnă pilitura de fier într-un strat uniform. Intrând într-un câmp magnetic, rumegușul este magnetizat - fiecare dintre ele are un pol nord și un pol sud. Polii opuși tind să se apropie unul de celălalt, dar acest lucru este prevenit prin frecarea rumegușului pe hârtie. Dacă bateți hârtia cu degetul, frecarea va scădea și pilitura vor fi atrase unele de altele, formând lanțuri care reprezintă liniile unui câmp magnetic.

Pe orez. 3 arată locația în câmp a unui magnet direct de rumeguș și a micilor săgeți magnetice care indică direcția liniilor câmpului magnetic. Pentru aceasta directie se ia directia polul Nord ac magnetic.

Experiența lui Oersted. Curent de câmp magnetic

ÎN începutul XIXîn. om de știință danez Oersted Terminat descoperire importantă, descoperind acţiunea curentului electric asupra magneţilor permanenţi . A pus un fir lung lângă acul magnetic. Când un curent trecea prin fir, săgeata se întoarse, încercând să fie perpendiculară pe acesta ( orez. 4 ). Acest lucru ar putea fi explicat prin apariția unui câmp magnetic în jurul conductorului.

Liniile magnetice de forță ale câmpului creat de un conductor direct cu curent sunt cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe acesta, cu centrele în punctul prin care trece curentul ( orez. cinci ). Direcția liniilor este determinată de regula corectă a șurubului:

Dacă șurubul este rotit în direcția liniilor de câmp, acesta se va deplasa în direcția curentului din conductor .

Forța caracteristică câmpului magnetic este vector de inducție magnetică B . În fiecare punct, este direcționat tangențial la linia câmpului. Liniile de câmp electric încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative, iar forța care acționează în acest câmp asupra unei sarcini este direcționată tangențial la linie în fiecare dintre punctele sale. Spre deosebire de câmpul electric, liniile câmpului magnetic sunt închise, ceea ce se datorează absenței „sarcinilor magnetice” în natură.

Câmpul magnetic al curentului nu este în principiu diferit de câmpul creat de un magnet permanent. În acest sens, un analog al unui magnet plat este un solenoid lung - o bobină de sârmă, a cărei lungime este mult mai mare decât diametrul său. Diagrama liniilor câmpului magnetic pe care l-a creat, reprezentată în orez. 6 , similar cu cel pentru un magnet plat ( orez. 3 ). Cercurile indică secțiunile firului care formează înfășurarea solenoidului. Curenții care curg prin firul de la observator sunt indicați prin cruci, iar curenții din direcția opusă - spre observator - sunt indicați prin puncte. Aceleași denumiri sunt acceptate pentru liniile de câmp magnetic atunci când sunt perpendiculare pe planul desenului ( orez. 7 a, b).

Direcția curentului în înfășurarea solenoidului și direcția liniilor câmpului magnetic din interiorul acesteia sunt, de asemenea, legate de regula șurubului drept, care în acest caz este formulată după cum urmează:

Dacă priviți de-a lungul axei solenoidului, atunci curentul care curge în sensul acelor de ceasornic creează un câmp magnetic în el, a cărui direcție coincide cu direcția de mișcare a șurubului drept ( orez. 8 )

Pe baza acestei reguli, este ușor să ne dăm seama că solenoidul afișat în orez. 6 , capătul său drept este polul nord, iar capătul său stâng este polul sudic.

Câmpul magnetic din interiorul solenoidului este omogen - vectorul de inducție magnetică are o valoare constantă acolo (B = const). În acest sens, solenoidul este similar cu un condensator plat, în interiorul căruia se creează un câmp electric uniform.

Forța care acționează într-un câmp magnetic asupra unui conductor cu curent

S-a stabilit experimental că o forță acționează asupra unui conductor care poartă curent într-un câmp magnetic. Într-un câmp uniform, un conductor rectiliniu de lungimea l, prin care circulă curentul I, situat perpendicular pe vectorul câmp B, experimentează forța: F = I l B .

Se determină direcția forței regula mana stanga:

Dacă patru degete întinse ale mâinii stângi sunt plasate în direcția curentului în conductor, iar palma este perpendiculară pe vectorul B, atunci se pune deoparte. deget mare indică direcția forței care acționează asupra conductorului (orez. nouă ).

De remarcat că forța care acționează asupra unui conductor cu curent într-un câmp magnetic nu este direcționată tangențial la liniile sale de forță, ca o forță electrică, ci perpendicular pe acestea. Un conductor situat de-a lungul liniilor de forță nu este afectat de forța magnetică.

Ecuația F = IlB hai sa dam caracteristică cantitativă inducția câmpului magnetic.

Atitudine nu depinde de proprietățile conductorului și caracterizează câmpul magnetic în sine.

Modulul vectorului de inducție magnetică B este numeric egal cu forța care acționează asupra unui conductor de unitate de lungime situat perpendicular pe acesta, prin care circulă un curent de un amper.

În sistemul SI, unitatea de inducție a câmpului magnetic este tesla (T):

Un câmp magnetic. Tabele, diagrame, formule

(Interacțiunea magneților, experiment Oersted, vector de inducție magnetică, direcție vectorială, principiu de suprapunere. Reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice, liniile de inducție magnetică. Fluxul magnetic, energia caracteristică câmpului. Forțe magnetice, forța Amperi, forța Lorentz. Mișcarea particulelor încărcate într-un câmp magnetic. Proprietățile magnetice ale materiei, ipoteza lui Ampère)

Toate formulele sunt luate în strictă conformitate cu Institutul Federal de Măsurători Pedagogice (FIPI)

3.3 UN CÂMP MAGNETIC

3.3.1 Interacțiune mecanică magneti

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 studiul câmpului magnetic se folosesc magneți drepti sau în formă de 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 ies liniile magnetice este Polul Nord (Nord), liniile magnetice intră în Polul Sud (Sud).

Inducția magnetică B [Tl]- vector cantitate fizica, care este forța 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 trece curentul, este trecut printr-o gaură dintr-o foaie de carton, pe care sunt împrăștiate pilituri mici 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 care poartă curent într-un câmp magnetic. Direcția forței Ampère este determinată de regula mâinii stângi: dacă mâna stângă este poziționată astfel încât componenta perpendiculară a vectorului de inducție magnetică B să intre în palmă și patru degete întinse sunt direcționate în direcția curentului, atunci degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forței care acționează asupra conductorului de segment cu curent, adică forța Amperi.

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 mărimea acesteia:

Deoarece curentul electric este o mișcare ordonată a sarcinilor, 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 de încărcare și a acesteia. energie kinetică. Dar direcția vitezei se schimbă continuu.

Forța Lorentz este perpendiculară pe vectori ÎNȘi 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 ÎN, 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.

În această lecție, al cărei subiect este „Câmpul magnetic al curentului electric continuu”, vom afla ce este un magnet, cum interacționează cu alți magneți, vom scrie definițiile câmpului magnetic și ale vectorului de inducție magnetică și vom folosi și regula gimlet 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 simplu cui 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 încărcări 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 descriere cantitativă fenomene magnetice este necesar să se introducă forţa caracteristică 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 electrostaticului, în care câmpul se caracterizează prin acțiunea asupra unei sarcini de probă în repaus. Numai 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, în mod similar cu puterea câmpului 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 vortex. câmp vectorial. Câmpul electrostatic nu este vortex, este potențial. Diferența fundamentală dintre câmpurile vortex și potențiale este că funcționează câmp potențial este egal cu zero pe orice cale închisă, nu este așa pentru un câmp de vortex. 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, aceștia sunt polii sud și nord. De aceea, săgeata din busolă, care este și un magnet, interacționează cu Pământul. Este orientat în așa fel încât un capăt să fie orientat către 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”. Deoarece polii opuși ai magneților sunt atrași, 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 o metodă simplă stabilită experimental - reguli gimlet:

dacă direcția mișcare înainte brațul coincide cu direcția curentului în conductor, apoi sensul de rotație al mânerului său 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. Din punct de vedere 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 puterii totale 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 de girlet 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 numai 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 din 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 circulă prin bobină, iar mișcarea brațului indică direcția câmpului magnetic în 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 un magnet permanent. Într-un câmp magnetic extern, atomi individuali sau grupuri de atomi, care, după cum am aflat, au propriul lor câmp magnetic, se rotesc ca un ac de busole (vezi Fig. 23). Orez. 23. Rotația atomilor într-un câmp magnetic extern Dacă înainte nu erau orientați într-o singură direcție și nu formau un câmp magnetic total puternic, atunci după ordonarea magneților elementari, câmpurile lor magnetice se vor aduna. Și dacă, după acțiunea unui câmp exterior, ordinea este 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. Să raționăm: un solenoid în care curge un curent continuu 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. O sarcină pozitivă se deplasează dintr-un punct cu un potențial 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 argumentăm: 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

1. 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.
2. Myakishev G.Ya. Fizica: Proc. pentru 11 celule. educatie generala instituţiilor. - M.: Educație, 2010.

1. Portalul de internet „Knowledge Hypermarket” ()
2. Portalul de internet „Colecția unificată a DER” ()

Teme pentru acasă

Lectura: 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

Experiența lui Oersted

Proprietățile magnetice ale unor substanțe sunt cunoscute oamenilor de mult timp. Cu toate acestea, o descoperire nu atât de veche a fost aceea că naturile magnetice și electrice ale substanțelor sunt interconectate. Această conexiune a fost arătată Oersted care a efectuat experimente cu soc electric. Din întâmplare, lângă conductorul prin care trece curentul, se află un magnet. Și-a schimbat direcția destul de brusc în momentul în care curentul a trecut prin fire și a revenit la poziția inițială când cheia de circuit era deschisă.

Din această experiență s-a ajuns la concluzia că în jurul conductorului prin care trece curentul se formează un câmp magnetic. Adică poți face ieșire: câmpul electric este cauzat de toate sarcinile, iar câmpul magnetic este cauzat numai în jurul sarcinilor care au o mișcare direcționată.

Câmp magnetic conductor

Dacă luăm în considerare secțiunea transversală a unui conductor cu curent, atunci liniile sale magnetice vor avea cercuri diametru diferitîn jurul conductorului.

Pentru a determina direcția liniilor de curent sau câmp magnetic în jurul unui conductor, utilizați regula șurubul drept:

Dacă prindeți conductorul cu mâna dreaptă și îndreptați degetul mare de-a lungul acestuia în direcția curentului, atunci degetele îndoite vor arăta direcția liniilor câmpului magnetic.

Puterea caracteristică a unui câmp magnetic este inducția magnetică. Uneori liniile de câmp magnetic sunt numite linii de inducție.

Inducția este desemnată și măsurată după cum urmează: [V] = 1 T.

După cum vă amintiți, principiul suprapunerilor era valabil pentru forța caracteristică câmpului electric, același lucru se poate spune și pentru câmpul magnetic. Adică, inducția de câmp rezultată este egală cu suma vectorilor de inducție în fiecare punct.

bobina cu curent

După cum știți, conductorii pot avea o formă diferită, inclusiv mai multe spire. În jurul unui astfel de conductor se formează și un câmp magnetic. Pentru a o determina, folosiți regula gimlet:

Dacă strângeți bobinele cu mâna astfel încât 4 degete îndoite să le strângă, atunci degetul mare va arăta direcția câmpului magnetic.