WinNavigator

Frigate

Norton Commander

WinNC

Dos Navigator

Servant Salamander

Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Магнитное поле 3. Магнитное поле реферат

Реферат - Магнитное поле - Электрофизика

В самом начале работы полезно будет дать несколько определений и пояснений. Если, в каком то месте, на движущиеся тела, обладающие зарядом, действует сила, которая не действует на неподвижные или лишенные заряда тела, то говорят, что в этом месте присутствует магнитное поле – одна из форм более общего электромагнитного поля.

Есть тела, способные создавать вокруг себя магнитное поле (и на такое тело тоже действует сила магнитного поля), про них говорят, что эти тела намагничены и обладают магнитным моментом, который и определяет свойство тела создавать магнитное поле. Такие тела называют магнитами.

Следует отметить, что разные материалы по разному реагируют на внешнее магнитное поле.

Есть материалы ослабляющие действие внешнего поля внутри себя – парамагнетики и усиливающие внешнее поле внутри себя – диамагнетики. Есть материалы с огромной способностью (в тысячи раз) усиливать внешнее поле внутри себя - железо, кобальт, никель, гадолиний, сплавы и соединения этих металлов, их называют – ферромагнетики.

Есть среди ферромагнетиков материалы которые после воздействия на них достаточно сильного внешнего магнитного поля сами становятся магнитами – это магнитотвердые материалы. Есть материалы концентрирующие в себе внешнее магнитное поле и, пока оно действует, ведут себя как магниты; но если внешнее поле исчезает они не становятся магнитами – это магнитомягкие материалы

ВВЕДЕНИЕ.

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы – тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - гигантский голубой магнит. Солнце – жёлтый плазменный шар – магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов – всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

Магнит известен человеку с незапамятных времён. До нас дошли упоминания о магнитах и их свойствах в трудах Фалеса Милетского (прибл. 600 до н.э.) и Платона (427–347 до н.э.). Само слово «магнит» возникло в связи с тем, что природные магниты были обнаружены греками в Магнесии (Фессалия). Естественные (или природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. В Тартуском университете находится самый крупный известный естественный магнит. Его масса составляет 13 кг, и он способен поднять груз в 40 кг. Искусственные магниты - это магниты созданные человеком на основе различных ферромагнетиков. Так называемые «порошковые» магниты (из железа, кобальта и некоторых других добавок) могут удержать груз более чем 5000 раз превышающий их собственную массу. Существуют искусственные магниты двух разных видов: Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток. В 1600 году в Лондоне вышла книга королевского врача В. Гильберта “О магните, магнитных телах и большом магните - Земле”. Это сочинение явилось первой известной нам попыткой исследования магнитных явлений с позиций науки. В этом труде собраны имевшиеся тогда сведения об электричестве и магнетизме, а также результаты собственных экспериментов автора. Из всего, с чем сталкивается человек, он прежде всего стремится извлечь практическую пользу. Не миновал этой судьбы и магнит В моей работе я попытаюсь проследить, как используются магниты человеком не для войны, а в мирных целях, в том числе применение магнитов в биологии, медицине, в быту.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТОВ.

Далее дан краткий обзор приборов и областей науки и техники где используются магниты.

КОМПАС, прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир. Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас. К 11 в. относится сообщение китайцев Шен Куа и Чу Ю об изготовлении компасов из природных магнитов и использовании их в навигации. Если длинная игла из природного магнита уравновешена на оси, позволяющей ей свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то она всегда обращена одним концом к северу, а другим – к югу. Пометив указывающий на север конец, можно пользоваться таким компасом для определения направлений. Магнитные эффекты концентрировались у концов такой иглы, и поэтому их назвали полюсами (соответственно северным и южным). Основное применение магнит находит в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телемеханике. Здесь ферромагнитные материалы идут на изготовление магнитопроводов, реле и т.д. В 1820 Г.Эрстед (1777–1851) обнаружил, что проводник с током воздействует на магнитную стрелку, поворачивая ее. Буквально неделей позже Ампер показал, что два параллельных проводника с током одного направления притягиваются друг к другу. Позднее он высказал предположение, что все магнитные явления обусловлены токами, причем магнитные свойства постоянных магнитов связаны с токами, постоянно циркулирующими внутри этих магнитов. Это предположение полностью соответствует современным представлениям. Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила. Магнитоэлектрические приборы. В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками – токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Электрические наручные часы питаются миниатюрной батарейкой. Для их работы требуется гораздо меньше деталей, чем в механических часах; так, в схему типичных электрических портативных часов входят два магнита, две катушки индуктивности и транзистор. Замок - механическое, электрическое или электронное устройство, ограничивающее возможность несанкционированного пользования чем-либо. Замок может приводиться в действие устройством (ключом), имеющимся в распоряжении определенного лица, информацией (цифровым или буквенным кодом), вводимой этим лицом, или какой либо индивидуальной характеристикой (например, рисунком сетчатки глаза) этого лица. Замок обычно временно соединяет друг с другом два узла или две детали в одном устройстве. Чаще всего замки бывают механическими, но все более широкое применение находят электромагнитные замки.

Магнитные замки. В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.

Динамометр - механический или электрический прибор для измерения силы тяги или крутящего момента машины, станка или двигателя.

Тормозные динамометры бывают самых различных конструкций; к ним относятся, например, тормоз Прони, гидравлический и электромагнитный тормоза. Электромагнитный динамометр может быть выполнен в виде миниатюрного прибора, пригодного для измерений характеристик малогабаритных двигателей. Гальванометр – чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна. Приборы на его базе - самый распространенный вид приборов.

Спектр выпускаемых приборов широк и разнообразен: приборы щитовые постоянного и переменного тока (магнитоэлектрической, магнитоэлектри- ческой с выпрямителем и электромагнитной систем), комбинированные приборы ампервольтомметры, для диагностирования и регулировки электрооборудования автомашин, измерения температуры плоских поверхностей, приборы для оснащения школьных учебных кабинетов, тестеры и измерители всевозможных электрических параметров

Производство абразивов - мелких, твердых, острых частиц, используемых в свободном или связанном виде для механической обработки (в т.ч. для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них (от больших стальных плит до листов фанеры, оптических стекол и компьютерных микросхем). Абразивы бывают естественные или искусственные. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности. В процессе производства искусственных абразивов ферросилиций, присутствующий в смеси, оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позже удаляются магнитом.

Магнитные свойства вещества находят широкое применение в науке и технике как средство изучения структуры различных тел. Так возникли науки:

Магнетохимия (магнитохимия) - раздел физической химии, в котором изучается связь между магнитными и химическими свойствами веществ; кроме того, магнитохимия исследует влияние магнитных полей на химические процессы. магнитохимия опирается на современную физику магнитных явлений. Изучение связи между магнитными и химическими свойствами позволяет выяснить особенности химического строения вещества. Магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов.

. Техника сверхвысокочастотного диапазона Сверхвысоко частотный диапазон (СВЧ) - частотный диапазон электромагнитного излучения (100?300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области

Связь. Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами около 50 км.

Термообработка пищевых продуктов. СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения. Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным. Магнетрон. В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора В магнетроне предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. Лампа бегущей волны (ЛБВ). Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Ускоритель частиц, установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую энергию.

В современных ускорителях используются многочисленные и разнообразные виды техники, в т.ч. мощные прецизионные магниты.

В медицинской терапии и диагностике ускорители играют важную практическую роль. Многие больничные учреждения во всем мире сегодня имеют в своем распоряжении небольшие электронные линейные ускорители, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение, применяемое для терапии опухолей. В меньшей мере используются циклотроны или синхротроны, генерирующие протонные пучки. Преимущество протонов в терапии опухолей перед рентгеновским излучением состоит в более локализованном энерговыделении. Поэтому протонная терапия особенно эффективна при лечении опухолей мозга и глаз, когда повреждение окружающих здоровых тканей должно быть по возможности минимальным.

Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях. Физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новых звёзд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд, с недавнего времени биология тоже активно включилась в изучение и использование магнитов.

Биологическая наука первой половины XX века уверенно описывала жизненные функции, вовсе не учитывая существования каких-либо магнитных полей. Более того, некоторые биологи считали нужным подчеркнуть, что даже сильное искусственное магнитное поле не оказывает никакого влияния на биологические объекты. В энциклопедиях о влиянии магнитных полей на биологические процессы ничего не говорилось. В научной литературе всего мира ежегодно появлялись единичные позитивные соображения о том или ином биологическом эффекте магнитных полей. Однако этот слабый ручеёк не мог растопить айсберг недоверия даже к постановке самой проблемы… И вдруг ручеёк превратился в бурный поток. Лавина магнитобиологических публикаций, словно сорвавшись с какой – то вершины, с начала 60 – х годов непрестанно увеличивается и заглушает скептические высказывания.

От алхимиков XVI века и до наших дней биологическое действие магнита много раз находило поклонников и критиков. Неоднократно в течение нескольких веков наблюдались всплески и спады интереса к лечебному действию магнита. С его помощью пытались лечить (и не безуспешно) нервные болезни, зубную боль, бессонницу, боли в печени и в желудке – сотни болезней.

Для лечебных целей магнит стал употребляться, вероятно, раньше, чем для определения сторон света.

Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов. ГРЕКОВ, римлян и т.д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний.

Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).

Кроме постоянных магнитов используются и электромагниты. Их также применяют для широкого спектра проблем в науке, технике, электронике, медицине (нервные заболевания, заболевания сосудов конечностей, сердечно – сосудистые заболевания, раковые заболевания).

Более всего учёные склоняются к мысли, что магнитные поля повышают сопротивляемость организма.

Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты.

Широко распространён магнитный метод удаления металлических частиц из глаза.

Большинству из нас известно исследование работы сердца с помощью электрических датчиков – электрокардиограмма. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают магнитное поле сердца, которое в max значениях составляет 10-6 напряжённости магнитного поля Земли. Ценность магнитокардиографии в том, что она позволяет получить сведения об электрически “немых” областях сердца.

Надо отметить, что биологи сейчас просят физиков дать теорию первичного механизма биологического действия магнитного поля, а физики в ответ требуют от биологов побольше проверенных биологических фактов. Очевидно, что успешным будет тесное сотрудничество различных специалистов.

Важным звеном, объединяющим магнитобиологические проблемы, является реакция нервной системы на магнитные поля. Именно мозг первым реагирует на любые изменения во внешней среде. Именно изучение его реакций будет ключём к решению многих задач магнитобиологии.

Самый простой вывод, который можно сделать из выше сказанного – нет области прикладной деятельности человека, где бы не применялись магниты.

Использованная литература:

1) БСЭ, второе издание, Москва, 1957 г. 2) Холодов Ю.А. “Человек в магнитной паутине”, “Знание”, Москва, 1972 г. 3) Материалы из интернет - энциклопедии 4) Путилов К.А. «Курс физики», «Физматгиз», Москва, 1964г.

www.ronl.ru

Реферат - Магнитное поле 3

Содержание

1. Введение… 2

2. Основная часть… 3

2.1. История изучения магнитных явлений 4

2.2. Магнитное поле, свойства и характеристики 13

2.3. Действие магнитного поля на проводники с током. Сила Ампера 18

2.4. Закон Био-Савара-Лапласа… 25

2.5. Примеры решения задач… 35

3. Заключение… 39

4. Литература… 40

Тема моей работы магнитное поле. Магниты окружают нас повсюду и широко применяются в различных сферах нашей жизни. С магнитами мы знакомимся еще в детстве. Каждый из нас, я думаю, будучи ребенком, играл в магнитики. Это знакомство продолжается в школе на уроках физики. Наглядность и простота выполнения школьных экспериментов, при изучении магнитного поля, повышают интерес, делают материал доступным для понимания и более усваиваемым. Все это сыграло немалую роль при выборе темы курсовой работы. В первой главе своей работы я расскажу об истории открытия магнитного поля, о явлениях, предшествующих его открытию и способах его создания. Во второй главе я рассмотрю непосредственно само магнитное поле, раскрою его свойства и характеристики. В третьей главе я расскажу о действии магнитного поля на проводники и рассмотрю его на примере рамки с током, находящемся в магнитном поле. В четвертой главе я расскажу о методах нахождения значения основной характеристики магнитного поля, приведу несколько примеров. Также в моей работе будет представлены опыты, подтверждающие существование магнитного поля и иллюстрирующие характер его поведения.

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы — тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, — гигантский голубой магнит. Солнце — жёлтый плазменный шар — магнит ещё более грандиозный. Галактики и туманности, едва различимые телескопами, — непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов — всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания си,.ьных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

«Любящий камень»… Такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. «Любящий камень (тшу-ши), — говорят китайцы, — притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей». Замечательно, что у французов — народа, живущего на противоположном конце Старого Света, мы встречаем сходное название для магнита: французское слово «а1гпап{» означает и «магнит», и «любящий». Сила этой «любви» у естественных магнитов незначительна, и поэтому очень наивно звучит греческое название магнита, — «геркулесов камень». Если обитатели древней Эллады так поражались умеренной силой притяжения естественного магнита, то, что сказали бы они, увидев на современном металлургическом заводе магниты, поднимающие глыбы в целые тонны весом! Правда, это не естественные магниты, а «электромагниты», т.е. железные массы, намагниченные электрическим током, проходящим по окружающей их обмотке. Но в обоих случаях действует сила одной и той же природы — магнетизм.

Вещества, притягивающие железо, были известны человечеству более 2000 лет назад. Они получили название магнитов. Постоянный магнит в форме тонкой полоски, расположенный на плавающей в воде деревянной дощечке, поворачивается одним концом в направлении Северного пслюса Земли, а другим — в направлении Южного. Поэтому концы магнита так и называются северным и южным полюсами. Это наблюдение привело к созданию компаса. Первые компасы появились в Китае. В Европе компасом стали пользоваться с XII в. В 1600г. английский физик Уильям Гильберт(1544-1 603) опубликовал большой труд «О магните», в котором описал множество проведенных за 18 лет опытов. Он первым пришел к заключению, что Земля сама является большим магнитом. Казалось, что магнетизм и электричество — две разные области, не имеющие между собой ничего общего. Дальнейшее развитие научных знаний показало тесную связь электрических и магнитных явлений, а созданная Максвеллом теория позволила единым образом описать все электромагнитные явления.

После изобретения в 1800 г. источника постоянного тока возможности экспериментаторов значительно расширились. Первое фундаментальное открытие было сделано в 1820г. датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом (1777- 1851).Убежденный в том, что электрические и магнитные

явления взаимосвязаны, он хотел выяснить, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит. В феврале 1820г. Эрстед показывал студентам тепловое действие тока. Он поместил над магнитной стрелкой параллельно ей прямолинейный провод (рис.1). Стрелка могла свободно вращаться вокруг вертикальной оси. При пропускании по проводу электрического тока стрелка отклонялась в сторону и устанавливалась перпендикулярно к проводу. При изменении направления тока стрелка поворачивалась на 180°. То же самое происходило, когда провод переносился вниз и располагался под стрелкой. В этом эффекте Эрстед увидел подтверждение своих идей. Описание опыта вышло в свет 21 июля 1820г. Этот простой опыт произвел сильное впечатление на современников и положил начало новой области физики — электродинамике.

Дальнейшие исследования развивались стремительно. 11 сентября 1820г. опыт был показан на заседании Французской академии наук. Академики спокойно разошлись, и только один из них — Андре Мари Ампер (1775-1836) — поспешил заказывать приборы для проведения новых опытов. Он был уверен, что они должны были подтвердить его догадки, сводящие магнетизм к чисто электрическим явлениям. Все считали, что ток, проходя по проводнику, превращает его в магнит, который и заставляет отклоняться стрелку компаса. Ампер высказал гениальную мысль: магнит представляет совокупность токов, движущихся по замкнутым контурам; отклонение стрелки вызвано взаимодействием токов. 25 сентября он демонстрирует новый эффект: два незаряженных параллельных провода, по которым текут противоположно направленные токи, отталкиваются друг от друга (рис.2, а). На каждой из проводников действует сила, зависящая от величины силы тока и расстояния между проводами. При перемене направления одного из токов силы отталкивания сменяются силами притяжения (рис.2, б). В новой серии опытов спирали, по которым пропускали ток, вели себя подобно магнитам.

Для исследования линейных токов Ампер создал так называемый «станок Ампера». На рис.3 изображен станок Ампера с прямоугольным контуром.

Он содержит прямоугольную проволочную рамку, укрепленную на двух вертикальных остриях, опирающихся о днища двух чашек с ртутью. Вследствие ничтожного трения в игольчатых подшипниках рамка может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси, оставаясь все время включенной в цепь тока при помощи ртутных контактов. Если приблизить к подвижной рамке другую (неподвижную) рамку с током, то можно наблюдать взаимодействие токов. При достаточном сближении одного из ребер подвижной рамки с каким-либо из ребер неподвижной рамки можно считать, что практически взаимодействуют только сближенные ребра, и таким образом исследовать взаимодействие двух прямолинейных токов. При этом легко обнаружить, что токи, направленные одинаково (параллельные), притягиваются друг к другу, а токи направлеьдые противоположно (антипараллельные,, отталкиваются друг от друга. Пользуясь таким станком, можно исследовать взаимодействие тока и магнита и двух токов между собой. Если поднести к одному из вертикальных ребер подвижной рамки с током прямой магнит, то рамка поворачивается. При замене северного полюса магнита на южный направление силы изменяется и рамка начинает поворачиваться в обратную сторону. Направление силы изменяется и в том случае, если изменить направление тока в рамке. На рис.4 показан станок Ампера с прямой длинной катушкой (соленоид). Если подносить к концам такого соленоида прямой магнит, то обнаруживается, что один из концов соленоида отталкивается от северного полюса магнита, но притягивается к южному полюсу, в то время как для второго конца соленоида наблюдается обратное. Этот опыт показывает, что соленоид с током ведет себя как прямой магнит. Тот конец соленоида, который обтекается током против часовой стрелки (если смотреть в торец катушки), соответствует северному полюсу магнита (указывающему на север), а конец, обтекаемый током по часовой стрелке, соответствует южному полюсу магнита. Если убрать магнит, то соленоид с током устанавливается так же, как магнитная стрелка компаса, в направлении магнитного меридиана Земли.

Заменяя в предыдущем опыте магнит другим (неподвижным) соленоидом, можно исследовать взаимодействие двух соленоидов. При этом вновь легко убедиться, что каждый из соленоидов по своим действиям подобен прямому магниту.

Новую область знаний о явлениях, обусловленных протеканием токов, Ампер назвал электродинамикой. Открытие явлений электромагнетизма оказало влияние не только на развитие науки, но и техники. В том же году Доминик Франсуа Араго (1786-1853) изобрел электромагнит. В 1821г. Майклу Фарадею (1791-1867) удалось осуществить вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создав тем самым лабораторную модель электродвигателя. Ампер предложил использовать отклонение электромагнитной стрелки для передачи сигналов в электромагнитном телеграфе.

В дальнейшем экспериментально исследовалось действие на магнитную стрелку электрического тока, протекающего по проводникам самой различной формы. Во всех случаях проводники с током оказывали ориентирующее действие на магнитную стрелку. Таким образом, можно сделать следующий вывод: при прохождении по проводнику электрического тока вокруг проводника возникает магнитное поле, действующее на помещенную в это поле магнитную стрелку.

Непосредственное измерение действия магнитного поля движущихся электронов на магнитную стрелку было произведено в 191] г. Абрам Федорович Иоффе (1880-1960). Принципиальная схема его установи.2 приведена на рис.5. Внутри стеклянной трубки М был создан высокий вакуум.

Электроны, вылетавшие из катода К, который нагревался током от батареи накала Бм, ускорялись электрическим полем, созданным между катодом К и анодом А батареей Ба .

В центре О анода трубки имелось небольшое отверстие, через которое проходила часть электронов. Узкий пучок электронов в пространстве за анодом попадал в цилиндр Фарадея Р, соединенный через гальванометр С с положительным полюсом батареи Ба. В средней части трубки по обе стороны электронного пучка располагались две одинаковые легкие магнитные стрелки N-8, антипараллельные друг другу. Стрелки были скреплены между собой легким кольцом, свободно охватывающим трубку. Вся эта система была подвешена на упругой нити. Применение двух параллельных и противоположно направленных магнитных стрелок (такая система называется астатической) позволило исключить влияние магнитного поля Земли, так как его действия на обе стрелки взаимно уничтожаются. При движении в трубке пучка электронов возникает магнитное поле, которое действовало на обе стрелки так, как показано на рисунке. Угол закручивания нити О, регистрировавшийся по смещению светового зайчика, отраженного от зеркальца 3, позволял судить о силе, с которой магнитное поле электронного пучка действовало на магнитные стрелки. Сила тока в трубке измерялась гальванометром С. Заменив катодную трубку М прямолинейным проводником, по которому шел ток такой же силы, как и в трубке, Иоффе установил, что угол закручивания нити не изменился. Таким образом, было доказано, что свободные электронные пучки по своему магнитному действию эквивалентны токам в проводниках.

Рядом исследований, в числе которых необходимо отметить опыты Александра Александровича Эйхенвальда (1864-1944), было доказано, что магнитное действие конвекционных токов, образованных движением в пространстве заряженных тел и поляризованных диэлектриков, также подобно магнитному действию токов проводимости. Упрощенная схема прибора Эйхенвальда приведена на рис.6. Внутри металлического корпуса находился сплошной диск 1, который мог вращаться вокруг оси. Диск был изготовлен из материала, обладающего высокими диэлектрическими свойствами. На этот диск по внешней его окружности наклеивался станиолевый ободок, представляющий собой незамкнутое кольцо. Корпус прибора и станиолевый ободок играли роль двух обкладок конденсатора, емкость С которого была предварительно измерена. Конденсатор заряжался от электростатической машины до разности потенциалов А.</> между обкладками. При этом заряд </ обкладки равнялся:

Я = С- Д(»_ (1)

Диск 1 приводился в быстрое вращение вокруг оси. Сила возникающего при этом конвекционного тока /,,. равна:

Iк = ц п = С■ А<р п ^2)

где и — число оборотов диска за единицу времени.

О магнитном поле конвекционного тока можно было судить по его действию на легкую магнитную стрелку 2, подвешенную на упругой нити внутри защитного металлического кожуха со стеклянным окошечком 4. Угол поворота стрелки определялся по смещению отраженного от зеркальца 3 светового луча, который падал на шкалу (она на рисунке не изображена). Затем диск 1 устанавливался неподвижно, и через отверстие в корпусе прибора к концам станиолевого ободка подводился ток от внешнего источника. Ток проводимости I в ободке подбирался таким, чтобы отклонение магнитной стрелки было равно ее отклонению при конвекционном токе 1К. Опыты показали, что 1 = 1 «. Этим было доказано, что конвекционные токи по своему магнитному действию подобны токам проводимости. Рассмотренные опыты показывают, что вокруг всякого движущегося заряда, будь то электрон, ион или заряженное тело, помимо электрического поля, существует также и магнитное поле. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Следовательно, взаимодействие двух движущихся друг относительно друга электрических зарядов, т.е. взаимодействие между проводниками с током, не исчерпывается их электрическим взаимодействием, так как между ними существует еще и магнитное взаимодействие.

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами. Причиной возникновения сил магнитного взаимодействия является магнитное поле, которое создается движущимися зарядами и постоянными магнитами.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется

взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Магнитное поле является формой электромагнитного поля, оно непрерывно в пространстве, порождается движущимися зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся заряды.

Термин «магнитное поле» в 1 845г. ввел Фарадей. Экспериментальным доказательством реальности магнитного, так же как и электрического поля, является факт существования электромагнитных волн.

Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину принято обозначать буквой В. Логично было бы по аналогии с напряженностью электрического поля Е назвать В напряженностью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией. Название же «напряженность магнитного поля» оказалось присвоенным вспомогательной величине Н, аналогичной вспомогательной характеристике О электрического поля. Вектор магнитной индукции В является основной характеристикой магнитного поля. Рассмотрим один из способов определения направления вектора В в различных точках магнитного поля. Условились считать, что вектор магнитной индукции В в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Бесконечно малая магнитная стрелка не может своим присутствием искажать то поле, в которое она вносится. Сила, действующая со стороны магнитного поля на южный полюс стрелки, направлена в сторону, противоположную вектору В. Оба полюса такой магнитной стрелки лежат в бесконечно близких точках поля, так что силы, действующие на оба полюса, численно равны друг другу. Следовательно, в магнитном поле на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее таким образом, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля, т.е. с направлением вектора В.

Подобно тому, как электрические поля графически изображаются с помощью электрических силовых линий, магнитные поля изображаются с помощью линий магнитной индукции (или магнитных силовых линий). Линии магнитной индукции — это линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором В в этой точке. Линии магнитной индукции можно сделать «видимыми» с помощью железных опилок. Если на стеклянную пластинку, через которую пропущен прямой проводник с током, насыпать железных опилок и слегка постучать по пластинке, то железные опилки расположатся вдоль силовых линий (рис.7).

Из опытов следует, что линии магнитной индукции прямого

проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току. Центр этих окружностей находится на оси проводника. С помощью железных опилок можно получить изображение линий магнитной индукции проводников с током любой формы. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Для сравнения магнитного поля с электростатическим полезно напомнить, что силовые линии электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительны;, зарядах, оканчиваются на отрицательных и вблизи от заряженного проводника направлены перпендикулярно к его поверхности.

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (рис.7): если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока в проводнике, то направление движения его рукоятки укажет направление линий магнитной индукции. Из рис.8 видно, что магнитное поле вне соленоида, т. е. длинной катушки с током, подобно магнитному полю полосового магнита. Северный полюс магнита (рис.8, а) совпадает с тем концом соленоида, из которого ток в витках виден идущим против часовой стрелки (рис.8,6). Магнитное

поле кругового тока (рис.9), представляющего собой один виток соленоида, подобно полю очень короткого полосового магнита, расположенного в центре витка так, чтобы его ось была перпендикулярна к плоскости витка. Такой

полосовой магнитик естественно назвать магнитным диполем.

Из рис.8, а видно, что линии магнитной индукции постоянного магнита выходят из его северного полюса и входят в южный. На первый взгляд кажется, что здесь имеется полная аналогия с силовыми линиями электростатического поля, причем полюса магнита играют роль магнитных «зарядов» (магнитных масс), создающих магнитное поле. Если бы магнитные заряды существовали в природе, то их можно было бы разделить подобно электрическим, т.е. получить постоянный магнит только с одним полюсом. Однако если разделить магнит на две половины, то каждая часть снова будет иметь два полюса. Процесс деления можно продолжать сколько угодно, и каждый полученный маленький кусочек магнита будет представлять собой магнит с двумя полюсами. Следовательно, в отличие от электрических зарядов, свободные магнитные «заряды» в природе не существуют. Нет их и в полюсах постоянных магнитов. Поэтому полюсы постоянного магнита не могут являться особыми точками его магнитного поля, а линии магнитной индукции не могут обрываться на полюсах. Исследования показали, что внутри полосовых магнитов имеется магнитное поле, подобное полю внутри соленоида. Линии магнитной индукции этого поля являются продолжением линий индукции вне полосового магнита. Этим было доказано, что линии магнитной индукции поля постоянных магнитов тоже замкнуты.

Полная аналогия между магнитными полями полосовых магнитов и соленоидов позволила Амперу высказать гипотезу о том, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены существующими в них микротоками. О природе и характере этих микротоков Ампер ничего не мог сказать, так как в то время учение о строении вещества находилось еще в начальной стадии. Лишь после открытия электрона и выяснения строения атомов и молекул, т. е. спустя почти 100 лет, гипотеза Ампера была блестяще подтверждена и легла в основу современных представлений о магнитных свойствах вещества. Гипотетические микротоки Ампера получили простое и наглядное истолкование. Известно, что в атомах всех тел имеются электроны, которые движутся по замкнутым орбитам. Быстро движущийся по замкнутой орбите электрон, подобно витку с током, создает магнитное поле. Если в каком- либо теле элементарные токи, обусловленные движением электронов, расположены так, что их магнитные поля взаимно усиливают друг друга (как у катушки с током, имеющей много витков), то результирующее магнитное поле тела может быть значительным и это тело является магнитом.

Мы говорили о том, что проводники с током создают вокруг себя магнитное поле и действуют на находящиеся около них постоянные магниты. В свою очередь магнитное поле действует на проводники с током. Для доказательства этого, проделаем следующий

опыт. Два параллельных металлических стержня 1 и 2 поместим между полюсами магнита (рис.10). Легкий металлический

стержень 3 опирается своими концами на стержни, может свободно перемещаться вдоль них. Стержни присоединены к аккумуляторной батарее через коммутатор, с помощью которого можно замыкать и размыкать электрическую цепь, образованную проводниками, также изменять направление электрического тока в ней. Опыт показывает, что при замыкании цепи проводник перемещается вдоль стержней. Направление перемещения проводника зависит от направления электрического тока в нем. Если ток / в проводнике идет перпендикулярно к плоскости чертежа «к нам», то проводник перемещается вправо. Если ток / идет в противоположном направлении, то проводник перемещается влево. Действие магнитного поля на проводники с током было обнаружено Г. Эрстедом и А. Ампером. Рассмотрим, с какой силой действует магнитное поле на проводник с током. С этой целью сначала рассмотрим малый элемент тока — ток на малом участке провода оII. Участок с11 заполнен зарядом г/^г. Заряд движется со скоростью V, и на него действует сила:

с1Р = с1д[и ■ В]

Произведение йцх можно представить в другом виде, выразиЕ заряд через силу тока:

йаи = с1а — = —сИ = 1Л Ж Ж

Еремя (И представляет собой тот промеж>; ок времени, за который заряд Ац проходит через сечение элемента провода Отношение (^^/(I^ представляет собой силу тока. Таким образом, сила, действующая на элемент тока /, определяется формулой:

ОР = 1[<Я-В] или йр = В-1 ■ <й %та,

где зта = зт[б//Л в]

Эта сила называется силой Ампера, а выражение с1Р = 1[жв] — законом Ампера в векторной форме. Она пропорциональна элементу тока (II, магнитной индукции В и синусу угла между элементом тока и магнитной индукцией. Так выражается сила Ампера для элемента тока. Сила же Ампера, действующая на конечный участок провода с током, находится путем интегрирования элементарных сил:

р -

(6)

Ограничимся рассмотрением частного случая: пусть прямолинейный участок провода с постоянным током помещен в однородное магнитное поле (рис.11). Магнитное поле называется

однородным, если векторы индукции во всех точках этого поля одинаковы, т, е. численно равны и имеют одинаковые направления. В этом случае все элементарные силы с1Р будут направлены одинаково, а потому векторное интегрирование может быть сведено к обычному, скалярному интегрированию:

Ь I

К = 51П ОССИ = /5 5111 |' <й = 1В151П а (7)

а О

Итак, сила Ампера

пропорциональна силе тока, магнитной индукции, длине проводника и синусу угла между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (рис.12): если расположить левую

руку так, чтобы линии а четыре вытянутых электрического тока

магнитной индукции входили в ладонь, пальца расположить по направлению в проводнике отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник со стороны поля. Это правило очень удобно, когда элемент с11 проводника с током перпендикулярен к направлению магнитного поля. Во всех остальных случаях оно нуждается в дополнительных пояснениях. Поэтому для отыскания направления силы с1Р лучше пользоваться более универсальным правилом: вектор с1Р направлен перпендикулярно к плоскости, образованной векторами с11 и В таким образом, чтобы из конца вектора (1Р вращение от вектора с11 к вектору В по кратчайшему пути происходило против часовой стрелки. Иными словами, вектор с1Р совпадает по направлению с векторным произведением [(II, В]. Как видно из закона Ампера, силы, действующие на проводник с током, не являются центральными и всегда перпендикулярны и к току, и к индукции поля. Закон Ампера легко обобщить на случай неоднородного магнитного поля и проводника произвольной формы. Объясняется это тем, что бесконечно малый элемент с11 проводника любой формы можно считать прямолинейным, а магнитное поле в области, занятой элементом с!1, можно считать однородным. Закон Ампера позволяет определить численное значение магнитной индукции В. Предположим, что элемент проводника с11 с током / перпендикулярен к направлению магнитного поля (зт(с11Л В)= 1), тогда закон Ампера можно записать в виде:

вЛ.^ (8 )

I а

Из формулы (8) следует, что магнитная индукция В численно равна силе, действующей со стороны поля на единицу длины проводника, по которому течет электрический ток единичной силы и который расположен перпендикулярно к направлению магнитного поля. Таким образом, магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля подобно тому, как напряженность Е является силовой характеристикой электростатического поля.

Рассмотрим теперь поведение в однородном магнитном поле с индукцией В прямоугольной рамки АВСБ с током (рис.14, а — вид сбоку; рис.14,6 — вид сверху), где обозначим АВ = а, АЭ = Ь, /? — угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции. Допустим, что ось рамки неподвижна и ориентирована перпендикулярно к линиям магнитной индукции поля. Посмотрим, как будет двигаться рамка под действием сил Ампера. На участки АБ и ВС магнитное поле действуют с силами, которые меняются от нуля до максимального значения (в зависимости от угла поворота рамки /?) и стремятся растянуть рамку (на рис.14 эти силы не указаны). На участки АВ и СБ магнитное поле действуют с постоянными силами Рг и Г}, которые направлены в противоположные стороны (на рис.14 силы направлены перпендикулярно плоскости рисунка) и стремятся повернуть рамку вокруг оси 00'. Таким образом, эти силы Р, и Р2 создают вращающий момент:

М = Рг 11 +Р2 11, где = Р2 -1-В-1 (угол а=90°), (9)

/, =/2 =~^5т/? = |зт/?, / = АВ = СО = а. (10)

Тогда момент сил, вращающих рамку будет равен:

М = 2Р, •/, = 21В а -■$тР = 1В а-Ь %тР = 1 В З ътр, (11)

где 8 = аЬ — площадь рамки. Сначала этот момент будет увеличивать угловую скорость рамки, пока она не встанет перпендикулярно к линиям магнитной индукции поля. Затем по инерции рамка будет продолжать движение, но момент пары будет её тормозить, до тех пор, пока не остановит в положении, симметричному начальному. Затем рамка начнет двигаться в обратном направлении. Возникнут крутильные колебания рамки. Если в тот момент, когда рамка встанет перпендикулярно к линиям поля, изменить направление тока на противоположное, то рамка будет вращаться в одном направлении. По такому принципу работает двигатель постоянного тока, якорь которого имеет множество витков. Момент сил будет максимальным при /? = 90°.

Мяяк =1-В-3 (12)

Отметим, что эта формула справедлива не только для квадратной рамки, но и для плоской рамки другой формы.

Момент сил, вращающих рамку с током, зависит от произведения силы тока I на площадь, обтекаемую током 8=лК2. Это произведение, подобно электрическому моменту диполя, называют магнитным моментом рт. Единицей магнитного момента является ампер-квадратный метр (А-м2 ). Магнитный момент тока есть вектор. За его направление принимают направление нормали к плоскости витка. Если п есть единичный вектор вдоль нормали, то магнитный момент тока рт равен

Р,„ = Г5п. (13)

Силу тока в контуре / будем считать неизменяющейся, и следовательно, магнитный момент тока р,„ = 15 — постоянным. Тогда момент сил найдем как:

М = рш В&та.

Полученную формулу можно записать в векторной форме, дающей и модуль, и направление момента пары сил:

М = \рт В].

В неоднородном магнитном поле линии индукции не параллельны. Поэтому в этом случае сила Ампера будет иметь две составляющие: одна из них будет растягивать виток вдоль вертикальной оси, вторая — перемещать виток вдоль нормали.

Общий закон, позволяющий вычислять магнитную индукцию в каждой точке поля, создаваемого электрическим током, текущим по проводнику любой формы, пытались найти французские ученые Жан Батист Био (1774-1862) и Феликс Савар (1791-1 841). Они изучали магнитные поля, создаваемые в воздухе прямолинейным током, круговым током, катушкой с током и т.д. На основании многочисленных опытов они пришли к следующим выводам:

а) во всех случаях индукция В магнитного поля электрического тока пропорциональна силе тока I;

б) магнитная индукция зависит от формы и размеров проводника с током;

в) магнитная индукция В в произвольной точке поля зависит от расположения этой точки по отношению к проводнику с током.

Они определили, что если магнитную стрелку, помещенную в магнитное поле, слегка отклонить от положения равновесия, она будет колебаться с периодом, зависящим от величины действующей на стрелку пары сил. Поэтому индукция магнитного поля прямого проводника с током I ослабевает обратно пропорционально расстоянию г от него.

Однако получить такой закон им не удалось. По их просьбе этой задачей занялся известный в те времена французский физик Пьер Симон Лаплас (1749-1827). Он учел векторный характер магнитной индукции и предположил, что если разбить провод на малые отрезки (II, называемые элементами тока, то каждый такой элемент должен создавать магнитную индукцию с! В, которая будет изменяться обратно пропорционально квадрату расстояния (см. рис.15).

Лаплас обобщил результаты экспериментов Био и Савара в виде следующего дифференциального закона, называемого законом Био-Савара-Лапласа:

ав = кг ~[с11, г], (16)

где (И — вектор, численно равный длине с11 элемента проводника и совпадающий по направлению с электрическим током, г — радиус-вектор, проведенный из элемента проводника с11 в рассматриваемую точку поля, /• — модуль радиуса-вектора г, а к, — коэффициент пропорциональности, величина которого определяется опытным путем. Из закона

Био — Савара — Лапласа следует, что вектор магнитной индукции ЛВ в какой-либо точке магнитного поля

направлен перпендикулярно к плоскости, в которой лежат векторы с11 иг таким образом, что из конца вектора йВ поворот вектора с11 до совмещения с вектором г по кратчайшему пути виден происходящим против часовой стрелки (рис.16). Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что при прочих равных условиях (т. е. при одинаковых силе тока, форме и размерах проводника) магнитная индукция зависит от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Следовательно, коэффициент к1 в законе Био-Савара-Лапласа должен зависеть от свойств среды. Кроме того, как всякий коэффициент пропорциональности в формуле, выражающей тот или иной физический закон, коэффициент 1<1 должен зависеть от выбора единиц измерения величин, входящих в уравнение. Если среда однородна и изотропна, то К/ можно представить в виде:

к] = кг ц,

где к2 — коэффициент, зависящий только от выбора системы единиц измерения, а ц — безразмерная величина, характеризующая магнитные свойства среды и называемая относительной магнитной проницаемостью среды. Она не зависит от выбора системы единиц измерения и считается равной единице для вакуума. Таким образом, закон Био— Савара—Лапласа можно переписать в форме:

йВ^кг ц~\Л1, г]. (17)

В Международной системе единиц СИ принимается, что

кг =*±, (18) 47Г

где ц —«так называемая магнитная постоянная. Поэтому

<а = ИаЕ.1г [дз1 ]. (19)

4тг г' 1 ' 1

Такая форма записи закона Био-Савара-Лапласа и всех вытекающих из него уравнений электромагнитного поля называется рационализованной. Если учесть, что модуль векторного произведения [сП, г] равен:

|[<#, г] = «Я|вт(«И,л г)|, (20)

то численное значение с/В вектора г/В равно:

Ж = /дГ/5т(дП, г) ,

4тт г2 К '

Наряду с магнитной индукцией В вводится другая векторная

характеристика магнитного поля — напряженность Н, связанная с В следующим соотношением:

Н = —. (22)

МоМ

при условии однородности и изотропности среды. Как видно из формулы напряженность магнитного поля электрического тока не зависит от свойств среды:

I г,, т „, 1-<Я-8т[вМ,Л г| /т>\

сШ =--------- г -щ\, г и ЫН = V-2 —(23)

4яг -1 4 т-1

Магнитное поле часто изображают графически с помощью линий индукции и напряженности, касательные в каждой точке которых совпадают по направлению соответственно с векторами В и Н. Сравнение векторных характеристик электростатического и магнитного полей показывает, что аналогом вектора напряженности электростатического поля Е является вектор магнитной индукции В, так как Е и В определяют силовые действия этих полей и зависят от свойств среды, в которой создаются поля. В свою очередь аналогом вектора электрического смещения Б является вектор напряженности Н магнитного поля.

Закон Био-Савара-Лапласа позволяет найти индукцию В магнитного поля электрического тока, текущего по проводнику конечных размеров и произвольной формы. В соответствии с принципом суперпозиции магнитная индукция В в любой точке магнитного поля проводника с током / равна векторной сумме

индукций АВ; элементарных магнитных полей, создаваемых всеми отдельными участками А1/ этого проводника:

В = ХЛВ,, (24)

где п — общее число участков, на которые разбит проводник.

Неограниченно увеличивая число участков п и переходя к пределу при п, стремящемся к бесконечности, можно заменить стоящую в правой части уравнения, интегралом:

В=^В, (25)

где ЙВ — магнитная индукция поля, создаваемого элементом проводника с током /, а символ «/» означает, что интегрирование распространено на всю длину проводника /.

Выполнить такие действия может оказаться непростой задачей. Мы ограничимся примерами, в которых нетрудно выполнить интегрирование.

Рассмотрим магнитное поле от тонкого прямолинейного провода с током (рис.17). Элементарные поля от различных элементов тока в данном случае направлены по одной прямой и векторное интегрирование сводится к алгебраическому интегрированию.

В = Еч гМяпд (26)

4Л ,1СГ

Чтобы вычислить интеграл, выразим сII и /• через одну независимую переменную. В качестве такой переменной

примем угол а. Запишем очевидные соотношения:

/• = — и Д = —~—Ла (11) 8111 а зпга

где К — длина перпендикуляра, опущенного из точки на проводник. Их подстановка в формулу (26) приводит к

В = [зт ас! а, 4 лК^

где а.1 и а2 — значения угла а для краиних точек проводника АС.

Проинтегрируем это выражение. Итак, поле прямолинейного проводника с током выражается формулой:

В = ^-(со$а, — со за,). 4 жК 1

Если проводник АС бесконечно длинный, то <Х1=0, а а2 =я. Тогда магнитная индукция в любой точке поля такого проводника с током равна:

4тг К

Индукция в каждой точке магнитного поля бесконечно длинного проводника с током обратно пропорциональна кратчайшему расстоянию от этой точки до проводника. Очевидно, что магнитное поле в данном случае обладает цилиндрической симметрией, и его силовые линии представляют собой концентрические окружности.

Напряженность магнитного поля прямолинейного проводника с током выражается формулой:

Н = ——— (соза, — со5ссг ), 4тг г.

для бесконечно длинного проводника:

4 л г.

Рассмотрим два параллельных тонких бесконечно длинных проводника, расположенных друг от друга на расстоянии Я (рис.18). Опыт показывает, что при пропускании через них электрического тока между ними возникают силы взаимодействия. Если токи в обоих проводниках направлены в одну сторону, то проводники притягиваются друг к другу, а

если направления токов взаимно

противоположны, то проводники отталкиваются друг от друга. Ток создает вокруг себя поле Вь в котором находится ток /?.. По закону Ампера на элемент I проводника с током 12

действует сила, численно равная Р = 1г Вх 1, где В, -магнитная индукция поля, создаваемого током /7, идущим по первому проводнику, причем вектор В} перпендикулярен к элементу I второго проводника. Так как индукция поля бесконечно длинного проводника определяется как

В^, (33)

то сила воздействия тока участка 1 на участок тока 2 длиной / определяется формулой:

= (34)

4 л Я '

На основании формулы взаимодействия параллельных постоянных токов определяется единица силы тока в СИ — Ампер. Ампером называется сила такого постоянного тока, при прохождении которого по двум параллельным и прямолинейным проводникам бесконечной длины, находящимся в вакууме на расстоянии 1 метра друг от друга, сила электромагнитного взаимодействия между проводниками равна 2 1(Г7 ньютона на каждый метр длины. Этим

определением задается значение коэффициента ^у^'. В самом

деле, согласно определению ампера имеем:

2-к=

4л 1 м

откуда

сек

//„ =4/г-10 .

За единицу магнитной индукции, называемой тесла (тл), принимается магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно к направлению поля, если по этому проводнику проходит ток в 1 ампер.

,, и, дж, в ■ сек \тл = 1 = 1 = 1 —.

а-м а-м м

За единицу напряженности магнитного поля, называемую ампер на метр (а/м), принимается напряженность такого поля,, магнитная индукция которого в вакууме равна, 4я-10 7 тесла.

Все коэффициенты в формулах электродинамики тем самым будут определены. В лабораториях палат мер и весов ампер реализуется не по взаимодействию параллельных токов (точное измерение сил взаимодействия в этом случае трудно выполнить), а по взаимодействию катушек, вставленных одна в другую: если по катушкам текут токи, то одна катушка будет втягиваться в другую за счет магнитных сил. Сила втягивания катушки в этом случае может быть точно измерена с помощью аналитических весов. С другой стороны, на основании законов электродинамики силу втягивания одной катушки в другую можно рассчитать. В расчетную формулу войдет коэффициент

/Ьл' значение которого определено на основании вышеприведенного определения ампера.

Рассмотрим применение полученных нами знаний при решении задач.

Задача №1

На рисунке изображены сечения трех прямолинейных бесконечно длинных проводников, по которым протекают токи в указанных направлениях. Расстояния между проводниками одинаковы и равны 5 см. /, = 1г = 1,1г = 21. Найти точку на прямой АС, в которой напряженность магнитного поля будет равна нулю.

АВ=ВС = 5 см /, =/2 = /,/, =21

Решение.

Поставленному условию удовлетворяет точка М (в точке N напряженность результирующего поля так как в ней по

принципу суперпозиции модули векторов индукции и в% будут складываться).

Для магнитного поля в вакууме В- иь Н, откуда В _ /

2яа»

так как проводники прямолинейные. Для точки М по принципу суперпозиции

Нг + Н2 + Я3 »О, ИЛИ Я, » Я2 + Я3 = 0.

Л Г1 —1 — + —1 = о,

2яг \а ЛВ — а АС — а)

где а ~расстояние от первого проводника до точки М. Решая это уравнение, получим а = 3,3 см. Ответ: искомая точка находится на прямой АС на расстоянии 3,3 см от первого проводника.

Задача №2

Два параллельных длинных провода О и С, по которым протекают в одном направлении токи силой по 60 А, расположены на расстоянии 10 см друг от друга. Определить индукцию магнитного поля в точке А, отстоящей от одного проводника на расстоянии 5 см, а от другого — на 12 см.

Дано:

I, =1г =6ОА, (1=10 см, ГI =5 см, Г2 = 12 см. Найти: В а.

Решение.

Согласно принципу суперпозиции полей

В л = в 1 +

Модуль индукции магнитного поля в точке А найдем по теореме косинусов:

ВА = ^В^ + В\ + 22?, Ва саз а.

Поля создаются прямолинейными токами, поэтому 2щ ' 2 тв\

тогда

_ _

§ — | + -г + -—саз 2яг у г? г/ г/2

Угол находим из треугольника И АС по теореме косинусов:

= г,2 + г22 - о»а,

откуда

г,2 + г,3 — А

еоз а,- —---------- .

2 г, г,

Г 2

Подставляя числовые значения, получим В, =3,08-10 Гд. Ответ: ^-3*8-10^

Задача №3.

Альфа-частица, имеющая скорость 106 м/с, влетела в однородное магнитное поле, индукция которого 0,3 Тл. Скорость ^-частицы перпендикулярна направлению линий магнитной индукции. Найти радиус окружности, по которой будет двигаться частица, и период ее обращения.

Дано:

V = 10е м/с, В = 0,3 Тл, <7 = 2е= 3,2 ■М~'9 Кл, т = 6,64 10~27 кг. Найти: Я, Т.

Решение.

На ^-частицу в магнитном поле действует сила Лоренца р, перпендикулярная вектору скорости V. Следовательно является

центростремительной силой, т.е.

К = или теу3 _ откуда ц> _ ту

Период обращения частицы 2яг где у следовательно,

у = — г —-

т К

Подставляя числовые данные, получим ^ = 6,92-10 ' м, Т = 43,4 -10* с. Ответ: Я » 7 см, Т ж 0,4 икс.

В своей курсовой работе я рассказала об истории открытия и изучении магнитных явлений, о том, что взаимодействие между проводниками с током, т.е взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, осуществляется посредством особой формы материи — магнитного поля, которая является одной из сторон единого электромагнитного поля. Также я выяснила, что основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В, показала, что магнитное поле изображается с помощью линий магнитной индукции, которые всегда замкнуты и охватывают проводник с током. Направление силовых линий магнитного поля определяется по правилу буравчика. Далее я рассказала о другой характеристике магнитного поля — векторе напряженности Н. Я доказала, что на элемент проводника с током, помещенный в магнитное поле, действует со стороны поля сила, которая вычисляется по закону Ампера, а направление которой находится по правилу левой руки. Также я рассмотрела, что магнитная индукция поля, создаваемого элементом проводника с током, в некоторой точке определяется законом Био-Савара-Лапласа, и то, что магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, подчиняется принципу суперпозиции магнитных полей. Я считаю, что тему своей курсовой работы я раскрыла полностью и все цели, поставленные в начале работы, мною выполнены.

Список используемой литературы

1. Д.В. Сивухин, Общий курс физики, т.З. Издательство «Наука», Москва, 1977.

2. И.В. Савельев, Курс общей физики, т.2. Издательство «Наука», Москва, 1988.

3. Б.М. Яворский, Курс физики, т.2. Электричество и магнетизм.

4. С.Г. Калашников, Электричество. «Физматлит», Москва, 2008.

www.ronl.ru

Реферат Магнитное поле

скачать

Реферат на тему:

План:

1 Чем создаётся
2 Вычисление
3 Магнитные свойства веществ
4 Проявление магнитного поля
- 4.1 Взаимодействие двух магнитов
- 4.2 Явление электромагнитной индукции
5 Математическое представление
- 5.1 Единицы измерения
6 Энергия магнитного поля
7 Токи Фуко

Введение

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.[1] Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции $\vec{\mathbf{B}}$ (вектор индукции магнитного поля)[2]. В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.

Электрический ток(I), проходя по проводнику, создает магнитное поле (B) вокруг проводника.

1. Чем создаётся

Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.

2. Вычисление

В простых случаях магнитное поле проводника с током может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

3. Магнитные свойства веществ

Антиферромагнетики — магнитные моменты вещества направлены противоположно и равны по силе.
Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля.
Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов
Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно и не равны по силе.

4. Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам $\mathbf{v}$ и $\mathbf{B}$ [2]. Она пропорциональна заряду частицы $q\!$ , составляющей скорости $\mathbf{v}$ , перпендикулярной направлению вектора магнитного поля $\mathbf{B}$ , и величине индукции магнитного поля $B\!$ . В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так:

$\mathbf{F}=q[\mathbf{v},\mathbf{B}]$

В системе единиц СГС:

$\mathbf{F}=\frac{q}{c}[\mathbf{v},\mathbf{B}]$

Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

4.1. Взаимодействие двух магнитов

Наиболее часто встречаемое проявление магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, но эта идея не приводит к правильному описанию явления.

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь помещённый в неоднородное поле действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем.

Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом $\mathbf{m}$ выражается по формуле:

$\mathbf{F}=\left( \mathbf{m}\cdot \nabla \right)\mathbf{B}$ .[3]

Сила, действующая на магнит со стороны неоднородного магнитного поля, может быть также определена суммированием всех сил, действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

4.2. Явление электромагнитной индукции

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции.

5. Математическое представление

Термин магнитное поле применяется к двум различным векторным полям, обозначаемым как $\mathbf{H}$ и $\mathbf{B}$ . Величина $\mathbf{H}$ называется напряженностью магнитного поля. Термин «магнитное поле» исторически относится к $\mathbf{H}$ , в то время как $\mathbf{B}$ называется магнитной индукцией. Магнитная индукция $\mathbf{B}$ является основной[3][4][5] характеристикой магнитного поля, так как, во-первых, именно она определяет действующую на заряды силу, а во-вторых, векторы $\mathbf B$ и $\mathbf E$ на самом деле являются компонентами единого тензора электромагнитного поля. Аналогично, в единый тензор объединяются величины $\mathbf H$ и электрическая индукция $\mathbf D$ . В свою очередь, разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное является совершенно условным и зависящим от выбора системы отсчёта, поэтому вектора $\mathbf B$ и $\mathbf E$ должны рассматриваться совместно.

5.1. Единицы измерения

Величина $\mathbf{B}$ в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле $\mathbf{H}$ измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС. Эрстеды и гауссы являются тождественными величинами, их разделение является чисто терминологическим.

6. Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

$dw = \mathbf{H}\cdot d\mathbf{B}$

где:

$\mathbf{H}$ — напряжённость магнитного поля, $\mathbf{B}$ — магнитная индукция

В линейном тензорном приближении (Bi = μ0μijHj) плотность энергии равна:

$w = \frac{\mathbf{H}\cdot \mathbf{B}}{2} = \frac{\mu_0\mu_{ii}H^2_i}{2} = \frac{(\mu^{-1})_{ii}B^2_i}{2\mu_0}$

где:

μij — тензор магнитной проницаемости, μii — диагональные компоненты этого тензора, μ0 — магнитная постоянная

В изотропном линейном магнетике:

$w = \frac{HB}{2} = \frac{\mu_0\mu H^2}{2} = \frac{B^2}{2\mu_0\mu}$

где:

μ — относительная магнитная проницаемость

В вакууме μ = 1 и:

$w = \frac{\mu_0 H^2}{2} = \frac{B^2}{2\mu_0} = \frac{\epsilon_0 c^2 B^2}{2}$

Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:

$W = \frac{\Phi I}{2} = \frac{L I^2}{2}$

где:

Φ — магнитный поток, I — ток, L — индуктивность катушки или витка с током.

7. Токи Фуко

Литература

БСЭ. 1973, "Советская энциклопедия".
↑ 12Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике: 2-е изд., перераб. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985, — 512 с.
↑ 12Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.
При рассмотрении задач не на микроскопическом масштабе, а на т. н. физически бесконечно малом масштабе (ФЭ,Л-М.у.)
Индукция (в физике) — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)

wreferat.baza-referat.ru

Реферат Магнитное поле

скачать

Реферат на тему:

План:

1 Чем создаётся
2 Вычисление
3 Магнитные свойства веществ
4 Проявление магнитного поля
- 4.1 Взаимодействие двух магнитов
- 4.2 Явление электромагнитной индукции
5 Математическое представление
- 5.1 Единицы измерения
6 Энергия магнитного поля
7 Токи Фуко

Введение

Электрический ток(I), проходя по проводнику, создает магнитное поле (B) вокруг проводника.

1. Чем создаётся

2. Вычисление

3. Магнитные свойства веществ

Антиферромагнетики — магнитные моменты вещества направлены противоположно и равны по силе.
Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля.
Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов
Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно и не равны по силе.

4. Проявление магнитного поля

$\mathbf{F}=q[\mathbf{v},\mathbf{B}]$

В системе единиц СГС:

$\mathbf{F}=\frac{q}{c}[\mathbf{v},\mathbf{B}]$

4.1. Взаимодействие двух магнитов

Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом $\mathbf{m}$ выражается по формуле:

$\mathbf{F}=\left( \mathbf{m}\cdot \nabla \right)\mathbf{B}$ .[3]

4.2. Явление электромагнитной индукции

5. Математическое представление

5.1. Единицы измерения

Величина $\mathbf{B}$ в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

6. Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

$dw = \mathbf{H}\cdot d\mathbf{B}$

где:

$\mathbf{H}$ — напряжённость магнитного поля, $\mathbf{B}$ — магнитная индукция

В линейном тензорном приближении (Bi = μ0μijHj) плотность энергии равна:

$w = \frac{\mathbf{H}\cdot \mathbf{B}}{2} = \frac{\mu_0\mu_{ii}H^2_i}{2} = \frac{(\mu^{-1})_{ii}B^2_i}{2\mu_0}$

где:

μij — тензор магнитной проницаемости, μii — диагональные компоненты этого тензора, μ0 — магнитная постоянная

В изотропном линейном магнетике:

$w = \frac{HB}{2} = \frac{\mu_0\mu H^2}{2} = \frac{B^2}{2\mu_0\mu}$

где:

μ — относительная магнитная проницаемость

В вакууме μ = 1 и:

$w = \frac{\mu_0 H^2}{2} = \frac{B^2}{2\mu_0} = \frac{\epsilon_0 c^2 B^2}{2}$

Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:

$W = \frac{\Phi I}{2} = \frac{L I^2}{2}$

где:

Φ — магнитный поток, I — ток, L — индуктивность катушки или витка с током.

7. Токи Фуко

Литература

БСЭ. 1973, "Советская энциклопедия".
↑ 12Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике: 2-е изд., перераб. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985, — 512 с.
↑ 12Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.
При рассмотрении задач не на микроскопическом масштабе, а на т. н. физически бесконечно малом масштабе (ФЭ,Л-М.у.)
Индукция (в физике) — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)

www.wreferat.baza-referat.ru

Реферат - Магнитное поле - Разное

Тема: Магнитное поле.

Магнитное поле постоянного магнита.

Магнитное поле Земли.

Для того, кто не знает, всё возможно

Кристоф Виланд

Цели урока:

Образовательные – познакомить учащихся с магнитным полем и исследовать его свойства;

Развивающие - развивать логическое мышление, наблюдательность и способность к овладению исследовательскими навыками;

Воспитательные – развивать любознательность, практические навыки при проведении опыта с физическим оборудованием. Воспитывать безопасные приемы работы.

Оборудование к уроку: ЦОР «Лабораторные работы по физике для 9 класса- Магнитное поле», компьютер, проводник с током, магнитная стрелка, набор постоянных магнитов, компас, железные опилки, органическое стекло, физическая карта полушарий, глобус.

^ Ход урока

I.Организационный момент.

Добрый день ребята. Я вам предлагаю серьезную исследовательскую работу в познании окружающего мира. Я верю, «Для того, кто не знает, всё возможно». Я жду от вас активного участия в обсуждении темы урока. Задавайте вопросы и не бойтесь отвечать. Не правильный результат, это тоже результат, тем более мы занимаемся исследованием. Ваша задача наблюдать, исследовать, делать выводы и открытия.

^ II. Актуализация опорных знаний.

Демонстрация:

Предлагаю по желанию троим ученикам продемонстрировать 3 явления природы с теми приборами и материалами, какие им предложены (мяч, мел, стеклянная, эбонитовая палочка, лист бумаг, мелкие кусочки бумаги, магнитная стрелка, полосовой магнит) и задать вопросы для объяснения явлений.

Дети очень быстро предлагают разные демонстрации явлений.

Пример: Школьник подбрасывает мяч, он падает на Землю.

В: Почему мяч упал на Землю? О: На него подействовало гравитация (гравитационное поле).

В: Что такое гравитационное поле? О: Это реальность, которой обладают все тела имеющие массу, и проявляется (обнаруживается) действуем на тела, которые обладают массой.

Демонстрация: Взаимодействие наэлектризованных тел.

В: Почему взаимодействуют эти тела? О: Они создают электрическое поле.

В: Что это такое? О: Это реальность, которой обладают все тела имеющие электрический заряд и проявляется (обнаруживается) по действует на тела обладающих электрическим зарядом.

Учитель: Ребята, что общего в этих явлениях? О: Тела взаимодействуют под действием разных полей, которые мы не видим, но обнаружить можем.

Предлагаю ребятам рассмотреть ЦОР, где входят видеоролики с различными примерами взаимодействия тел и отобрать примеры явлений, которые они не могут объяснить. Они отметили явления; молния, перенос электромагнитом железных предметов, определение сторон света с помощью света.

^ III. Изучение нового материала.

Через проектор показываю взаимодействие постоянных магнитов.

В: Почему, притягиваются два магнита?

О: Они магнитятся? В: Что это значит? О: Они обладают магнитным полем

Применение магнитного поля:

Демонстрации:

Электродвигатель (модель)

Электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр)

Кинескоп

Полярные сияния

История открытий: (это задание ребятам по опережению) Как видите, действия магнитного поля в технике и природе применяется широко, чтобы ориентироваться на местности, применяем компас, который был изобретен в Китае в III веке до н.э.

Особенно хотелось бы обратить внимание на то, что в 11 классе выпускники сдают экзамен в форме ЕГЭ, где в заданиях включены вопросы темы «Магнитное поле».

Тема нашего урока: Магнитное поле постоянного магнита

^ Ведется запись на доске и ребята пишут в тетради

Кто знает, откуда возникло слово «магнит»?

Предание, гласит, что слово «магнит» произошло от названия местности, где добывали железную руду, - холмы Магнезии в Малой Азии. Об этом упоминал греческийфилософ и физик Фалес в VI в. до н.э.

По легенде; Пастух по имени Магнус как-то обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть камнем Магнуса, или просто магнитом.

Итог: Значит, задолго до нас было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа.

Проблема урока:

Демонстрация: Взаимодействие проводника, по которому протекает ток и магнитной стрелки.

Магнитная стрелка поворачивается под действием магнитного поля Земли, значит, вокруг проводника с током тоже есть магнитное поле.

Что является источником магнитного поля? (движущиеся заряды)

Что является источником магнитного поля в постоянных магнитах, есть ли в них движущиеся заряды?

Вспомним строение вещества (строение атома).

Мари Андре Ампер объяснил намагниченность железа, стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри каждой молекулы, но в те времена о строении атомов еще не знали, поэтому природа молекулярных токов оставалась неизвестной.

^ Записать в тетрадь определение магнитного поля. Поля, возникающее вокруг проводников с током, называется магнитное поле.

Исследование: Исследуем свойства постоянного магнита,

Опыт с железными опилками, (ТБ).

^ Пронаблюдаем, как взаимодействуют магниты.

Алгоритм:

Проведите полосовым магнитом по всему объему другого такого же магнита.

Отметьте особенности намагничивания.

Вывод: Те места где обнаруживается сильное магнитное действие называются- полюсами, по аналогии с географическими полюсами их называют северными и южными. Они обозначаются буквами N и S. Южный - «красный» это теплый цвет, северный-«синий» в холодные цвет

3.Расположите магниты

одноименными полюсами по отношению друг к другу.

разноименными полюсами по отношению друг к другу.

Вывод: Магниты притягиваются разноименными полюсами, отталкиваются одноименными полюсами.

4. Наблюдаем взаимодействие полосового и подковообразного магнитов

Вывод: В средней части магнита магнитные свойства отсутствуют.

Мы обнаружили магнитное поле по действию на проводник с током, магнитную стрелку, постоянный магнит. А вы, ребята, смогли почувствовать наличие магнитного поля? (нет)

Вывод: магнитное поле не действует на наши органы чувств: зрение, обоняние, осязание, слух.

Для наглядности магнитного поля были введены магнитные линии. Подобно тому как в географии были придуманы параллели и меридианы, которых нет в природе, а только на карте.

5.Получим представление о виде магнитного поля постоянных магнитов с помощью железных опилок, которые подобны маленьким магнитным стрелкам.(спектр магнитного поля)

Расположим горизонтально полосовой магнит под оргстекло. На оргстекло, соблюдая технику безопасности, насыпаем железные опилки. В тетради сделаем рисунок спектра магнитного поля.

Расположим горизонтально подковообразный магнит под оргстекло. На оргстекло, соблюдая технику безопасности, насыпаем железные опилки. В тетради сделаем рисунок спектра магнитного поля.

Расположим горизонтально два полосовых магнита одноименными полюсами. На оргстекло, соблюдая технику безопасности, насыпаем железные опилки. В тетради сделаем рисунок спектра магнитного поля.

Вывод:

1.Свойства магнитных линий, вдоль которых располагаются оси маленьких магнитных стрелок над линиями магнитного поля, направление которых указывают северный полюс магнитной стрелки, принято за направление магнитной линии. В 9 классе для определения направление магнитных линий использовали правило буравчика.

2.Линии магнитного поля замкнутые;

3.Магнитные линии не пересекаются, чем больше густота магнитных линий, тем сильнее магнитное поле.

4.Вне магнита линии выходят из северного полюса, входят в южный полюс.

Итоги исследований:

1. Тела длительное время сохраняющие намагниченность называются - постоянными магнитами;

2.Естественные магниты изготовлены из железа, стали, никеля, кобальта в присутствии магнитного железняка, который встречается в природе;

3.Места магнита, где обнаруживаются более сильные магнитные действия наз. полюсами; южный - «теплый» окрашивают в теплые цвета, северный-«холодный» в холодные цвета;

4.Магниты притягиваются разными полюсами, отталкиваются одноименными полюсами.

5. Исследовать магнитные свойства тела можно только по действию на магнитное поле другого тела.

6. Взаимодействие магнитов проявляется тем, что вокруг любого магнита имеется магнитное поле.

7. Объяснить намагниченность магнитного железняка существованием электрических токов, циркулирующих внутри каждой молекулы.

8. Линии магнитного поля линий, это линии вдоль которых располагаются оси маленьких магнитных стрелок.

Ребята давайте вспомним цель урока, мы ее достигли?

Стоит знать; Земля – большой полосовой магнит. Магнитное поле Земли обладает теми же свойствами, что и постоянный полосовой магнит, а именно (продолжите). Дайте характеристику магнитного поля Земли по рис112 в учебнике на стр. 141.

IV. Рефлексия:

Ребята, лично для вас актуальна рассмотренная тема занятии?

Вы лично с интересом участвовали в обсуждении темы?

Что для тебя было интересным на уроке? Новым?

Где ты применишь эти знания?

Оценивание.

Такая методика показывает этапы; мотивации, целеполагания, исследования, рефлексию.

Применила технологии;

Личностно-ориентированная технология

Информационно – коммуникативная технология

Здоровьесберегающая технология

www.ronl.ru

Читать реферат по физике: "Магнитное поле электрического тока"

(Назад) скачать (Cкачать работу)

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

СОДЕРЖАНИЕ

1Введение…………………………………………………………....1

2Магнитное поле электрического тока………………………....4

3Магнетики в магнитном поле…………………………………..7

3.1 Магнитные моменты электронов и атомов………………......7

3.2 Атом в магнитном поле................................................................10

3.3 Диамагнетики и парамагнетики в однородном магнитном поле.........................................................................................................12

4 Магнитное поле в магнетиках......................................................17

5 Ферромагнетики..............................................................................19

6 Список использованной литературы...........................................21

ВВЕДЕНИЕ

Огромный круг явлений природы определяется магнитными силами. Магнитные силы являются источником многих явлений микромира, т. е. поведения атомов, молекул, атомных ядер и элементарных частиц – электронов, протонов, нейтронов и пр.; магнитные явления характерны и для огромных небесных тел. Солнце и Земля – это огромные магниты. Половина энергии электромагнитных волн (радиоволн, инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения, рентгеновых и гамма-лучей) является магнитной.

Немагнитных веществ не существует. Любое вещество всегда магнитно, т. е. изменяет свои свойства в магнитном поле. Иногда эти изменения невелики и обнаружить их можно только с помощью очень совершенной аппаратуры; иногда они весьма значительны и обнаруживаются без особого труда с помощью очень простых средств. К слабомагнитным веществам относятся медь, алюминий, вода, ртуть и пр., к сильномагнитным или просто магнитным (при обычных температурах) – железо, никель, кобальт, некоторые сплавы.

Изучение магнитных явлений чрезвычайно важно как с теоретической, так и с практической стороны. Современная электротехника весьма широко использует магнитные свойства вещества для получения электрической энергии, для ее превращения в различные другие виды энергии. В аппаратах проволочной и беспроволочной связи, в телевидении, автоматике и телемеханике употребляются материалы с определенными магнитными свойствами. Магнитные явления играют существенную роль также в живой природе.

Необычайная общность магнитных явлений, их огромная практическая значимость, естественно, приводят к тому, что учение о магнетизме является одним из важнейших разделов современной физики.

В жизни современного человека физика играет особую роль. Глубоко проникая в тайны строения материи, устанавливая закономерности, лежащие в основе различных форм ее движения, разрабатывая необычайно тонкие методы исследования и контроля различных процессов и явлений, физика является основой всех естественных наук и прочным фундаментом современной техники.

В теории магнетизма считается, что электрон обладает квантовым свойством, т.е. спином, вследствие чего ведет себя как стрелка компаса, которая вращается вокруг своей оси и соединяющая южный и северный полюса. Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют «спин-вверх» (мажорные спины) и «спин-вниз» (минорные спины).

Электрон, участвующий в процессе прохождения электрического тока, совершает квантовые переходы за счёт энергии источника тока. Переход электрона с одного квантового уровня на другой на определенном участке цепи – потребителе тока сопровождается испусканием кванта энергии в виде гравитона. Электроны, не участвующие в процессе электрического тока, не изменяют своего энергетического состояния. Таким образом, в квантовой модели электрического тока гравитон является связывающим звеном между квантом электрического поля и квантом магнитного поля.

2 Магнитное поле электрического тока

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил магнитное действие тока. Это явление заключается в том, что магнитная стрелка, помещенная вблизи проводника с током, отклоняется от плоскости магнитного меридиана и уже, как правило, не указывает с севера на юг.

Над неподвижным проводом 1, расположенным вдоль меридиана, т. е. в направлении север — юг, подвешена на тонкой нити магнитная стрелка 2. Стрелка, как известно, устанавливается также приблизительно по линии север — юг, и поэтому она располагается примерно параллельно проводу. Но как только мы замкнем ключ и пустим ток по проводу 1, мы увидим, что магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться под прямым углом к нему, т. е. в плоскости, перпендикулярной к проводу. Этот фундаментальный опыт показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, т. е. силы, подобные тем, которые действуют вблизи естественных и искусственных магнитов. Такие силы называют магнитными силами, так же, как силы, действующие на электрические заряды, называют электрическими.

Для изучения конфигурации магнитного поля, создаваемого током, можно использовать способ железных опилок. Если через отверстие в картонной пластинке пропустить прямолинейный проводник достаточной длины и затем насыпать на картон железные опилки и пропустить по проводнику электрический ток, то опилки расположатся в виде концентрических окружностей с центром на оси проводника. Силовые линии магнитного поля прямолинейного тока лежат в плоскости, перпендикулярной току, и представляют собой концентрические окружности с центром на оси тока.

Для определения направления силовых линий можно воспользоваться небольшими магнитными стрелками. Расположение силовых линий магнитного поля прямолинейного тока дает возможность установить правило, по которому всегда легко определить направление силовых линий магнитного поля тока. Правило это называется правилом буравчика или правилом винта: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление движения рукоятки буравчика укажет направление магнитных силовых линий.

Магнитное поле тока, как и магнитное поле магнита, проявляется очень заметно только вблизи проводника. С удалением же от последнего поле становится все менее и менее заметным.

Магнитное поле характеризуется в каждой точке пространства особой величиной Н, называемой напряженностью магнитного поля. Чем больше напряженность поля, тем сильнее действие его на магнитную стрелку, на стальные или железные предметы. Напряженность поля в каждой его точке выражается определенным числом, причем за единицу напряженности поля принимается особая единица – эрстед, в честь ученого Эрстеда, открывшего магнитное действие тока. Напряженность поля, равная одному эрстеду, создается в воздухе прямолинейным током силой в 5 А на расстоянии 1 см от оси проводника. С увеличением расстояния от проводника напряженность магнитного поля убывает по закону

Н=0.2I/r

где I – сила тока, выраженная в амперах (если силу тока выражать в единицах СГС), то формула примет вид

H = 2I/cr

где с = 3 х 10^10 см/сек, что равно скорости света в вакууме), r – расстояние от оси проводника, выраженное в сантиметрах, Н – напряженность магнитного поля в эрстедах.

Несколько иную конфигурацию имеет магнитное поле кругового тока. Изучить конфигурацию магнитного поля такого тока можно при помощи железных опилок, а направление силовых линий при помощи магнитных стрелок.

Присматриваясь к направлению магнитных силовых линий кругового тока, можно убедиться в применимости и в этом случае правила буравчика. В самом деле, на небольшом участке отрезок кругового проводника с током можно рассматривать как прямолинейный ток. Ввинчивая по направлению тока буравчик, убеждаемся в применимости правила буравчика, так как направление движения рукоятки совпадает с направлением силовых линий кругового тока вблизи данного участка кругового проводника. Напряженность поля в центре кругового тока можно вычислить по формуле

H = 0,2ni/r

где H и n имеют тот же физический смысл, что и в формуле (1), r – радиус круга.

referat.co

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..