Чем может быть создано магнитное поле 3 примера

Движение электрических зарядов всегда создает магнитное поле, а магнитное поле, в свою очередь, всегда вызывает перемещение электрических зарядов.

Так как ток ― это направленное перемещение электрических зарядов, то протекание тока в проводнике всегда создает магнитное поле вокруг проводника.

Линии магнитного поля, которое создается проводниками с электрическим током.

Для изображения магнитных полей используют магнитные силовые линии ― линии, на которых модуль вектора магнитной индукции одинаков и равен В, а сам вектор магнитной индукции (overrightarrow) направлен по касательной к линии. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Для обозначения направлений движения тока и направлений магнитных силовых линий, помимо стрелок «вправо» → и «влево» ←, используются знаки «от нас» ― ⊗ или ⊕ (как торец оперения стрелы, летящей от нас), и «к нам» • или ⊙ (как острие летящей на нас стрелы).

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции (overrightarrow) , которое создает ток, протекающий в прямом проводнике, используется правило правого винта: если представить, что вкручиваешь винт по направлению тока ― то направление вращения винта покажет направление вектора магнитной индукции.

Магнитное поле, которое создает ток в прямом проводнике, представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. При этом, некоторая область магнитного поля всегда направлена на нас, а другая ― от нас.

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции (overrightarrow) , которое создает ток, в круговом проводнике или витках катушки, используется правило правого винта: если ток вращается по часовой стрелке, то магнитное поле будет направленно «от нас». Если ток течет против часовой стрелки, то ток будет направлен «на нас».

Сила Ампера ― сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

Сила ампера равна

I ― сила тока в проводнике [A];

sinα ― синус угла между проводником и вектором магнитной индукции.

Сила Ампера максимальна, если между проводником и вектором магнитной индукции угол равен α = 90°, так как sinα = sin90° = 1 и FA = IBLsin90° = IBL.

Если проводник расположен параллельно вектору магнитной индукции, т. е. α = 0° ― сила Ампера отсутствует, так как sinα = sin0° = 0 и FA = IBLsin0° = 0.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если ладонь расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока ― то противопоставленный большой палец укажет направление силы Ампера.

Взаимодействие проводников с током

Ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле. Если рядом расположен еще один проводник, в котором протекает ток ― то второй проводник оказывается в магнитном поле, которое создает первый. На проводник в магнитном поле действует сила Ампера, в результате чего проводники с током или притягиваются, или отталкиваются друг от друга.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ за 24 минуты. ЕГЭ Физика. Николай Ньютон. Техноскул

Пусть в проводниках 1 и 2 токи текут в одном направлении. Тогда первый проводник создает магнитное поле, направленное против часовой стрелки. В области, близлежащей к проводнику 2 это поле направлено перпендикулярно проводнику и от него. Согласно правилу левой руки, сила Ампера, которая действует со стороны магнитного поля, создаваемого проводником 1 на проводник с током 2, F1-2 направлено в сторону проводника 1.

Открытие магнитного поля

Первые научные сведения о магнитных явлениях появились благодаря опытам датского физика Ганса Христиана Эрстеда в 1820 году. Он обнаружил, что проводник с током воздействует на магнитную стрелку. Эрстед провёл простой, но гениальный по своей сути эксперимент — подвесил магнитную стрелку рядом с проводником и замкнул цепь. К удивлению учёного, стрелка резко отклонилась от проводника.

Опыт Ганса Христиана Эрстеда с магнитной стрелкой.

Это наблюдение положило начало современному представлению о том, что электрический ток порождает вокруг себя магнитное поле. Затем французский физик Андре-Мари Ампер вывел математическую зависимость между силой взаимодействия токов и расстоянием между проводниками.

Огромный вклад в понимание природы магнетизма внёс английский учёный Майкл Фарадей. В 1831 году он открыл явление электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля. Это был первый шаг на пути практического использования магнитных явлений.

Великий Джеймс Кларк Максвелл в 1860-х годах сумел математически описать все электромагнитные явления с помощью системы уравнений. Он показал, что свет представляет собой электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью 300 000 км/с.

Лишь за какие-то полвека учёные с нуля открыли явление магнетизма, изучили его свойства и даже научились практически применять. Сегодня это фундаментальное физическое явление лежит в основе современной цивилизации.

Источники и характеристики магнитного поля

Источники магнитного поля могут быть самыми разными — от отдельных движущихся зарядов до огромных постоянных магнитов.

В основе любого магнитного поля лежит движение электрических зарядов. Это может быть упорядоченное движение электронов в проводнике с током или хаотичное движение электронов в постоянном магните. Даже один ускоренно движущийся электрон создаст вокруг себя магнитное поле!

Чтобы описать свойства поля, используют такие величины как магнитная индукция В, напряженность Н и магнитный поток Ф. Индукция В показывает силу воздействия на движущиеся заряды. Напряженность Н связана с источником поля. А магнитный поток Ф характеризует совокупное поле в данном объёме.

Определение и формула магнитного потока.

Практически любой источник движущихся зарядов можно использовать для создания магнитного поля. Это могут быть катушки с током, постоянные магниты, даже ускорители элементарных частиц. Главное — подобрать нужную конфигурацию, чтобы получить требуемые характеристики поля.

Магнитное поле может быть создано различными источниками. Основные из них:

  • Электрический ток в проводнике. Согласно опытам Эрстеда и Ампера, вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Это явление объясняется тем, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов (электронов). Движущиеся заряды и создают магнитное поле.
  • Движущийся электрический заряд. Согласно опытам Роуланда, отдельный движущийся заряд также порождает магнитное поле вокруг себя. Это свойство зарядов объясняется наличием у них магнитного момента, обусловленного внутренним вращением заряда — спином.
  • Постоянные магниты. Вещества, обладающие собственным устойчивым магнитным полем, называются постоянными магнитами. Поле постоянных магнитов создается благодаря упорядоченному движению электронов в атомах вещества.

Основными характеристиками магнитного поля являются:

  • Магнитная индукция B — векторная величина, определяющая силовое действие магнитного поля на движущиеся заряды. Единица измерения — тесла (Тл).
  • Напряженность магнитного поля H — вектор, характеризующий источник магнитного поля. Связан с индукцией соотношением B=μH, где μ — магнитная проницаемость среды.
  • Магнитный поток Ф — скалярная величина, равная интегралу от индукции по замкнутой поверхности. Измеряется в веберах (Вб).

Зная значения этих величин, можно определить силу и направление действия магнитного поля в каждой точке пространства.

Основными источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды — как в электрических токах, так и в постоянных магнитах. Для описания свойств магнитного поля используются такие характеристики, как индукция, напряженность и магнитный поток.

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

правило буравчика

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

направление электрического тока

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

суммирование магнитного поля

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

сумма магнитных полей

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

соленоид

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

плотность магнитного потока в соленоиде

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

принцип работы соленоида

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.

многообмоточная катушка

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

многообмоточная катушка

I — это сила тока в катушке, Амперы

N — количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме «магнитное поле»

Формулы

Формула вычисления магнитной индукции:

  • B — индукция магнитного поля (в Тл)
  • — максимальный крутящий момент магнитных сил, приложенных к рамке (в Нм)
  • l — длина проводника (в м)
  • S — площадь рамки (в м²)

Формула магнитной индукции, которая создаётся бесконечно длинным проводником с током:

  • B — индукция магнитного поля (в Тл)
  • — магнитная проницаемость вакуума (это постоянная) = (в Гн/м — Генри на метр)
  • I — сила текущего по проводнику тока (в А — ампер)
  • r — расстояние от проводника до рассматриваемой точки (в см)

Формула индукции на каждом отдельном участке:

  • B — магнитная индукция (в Тл)
  • Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
  • S — площадь поверхности (в м²)
  • cos — угол (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)

Дата обновления 09/06/2021.

Чем может быть создано магнитное поле 3 примера

XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

  • Главная
  • Список секций
  • Физика
  • Электромагнит. Магнитное поле

Электромагнит. Магнитное поле

Лягинсков А.А. 1
1 МБОУ СОШ №125
Ковалева Е.Ю. 1
1 МБОУ СОШ №125

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Электромагнит. Магнитное поле.

Я выбрал эту тему, потому что она меня заинтересовала и дает возможность проведения практической работы с использованием знаний, полученных в школе на уроках физики.

Моим проектным продуктом будет буклет, в котором изложен некоторый материал про электромагнит и магнитное поле. Также я продемонстрирую действие электромагнита и магнитного поля при помощи конструкции – левитрон.

Рассказать и показать действия электромагнита и магнитного поля.

Рассказать об магнитном поле.

Рассказать об электромагните.

Магнитное поле

2.1 Магнитное поле – это поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом.

Магнитное поле непременное свойство магнитов, у него есть северный и южный полюс, на которое реагирует находящиеся рядом металлические предметы. Магнитные линии начинаются в одном полюсе и заканчиваются на другом.

2.2 В древности люди находили горную породу, кусочки которой притягивалась друг к другу. Из них делали фигурки, а мореплаватели использовали их как компас.

2.3 Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в 13 веке. Пётр Перегрин (Пьер Пелере́н де Марику́р) на поверхности сферического магнита разметил при помощи стальных игл магнитное поле и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» (по аналогии с полюсами Земли).

2.4 В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: о том, что у магнита есть два полюса, которые ученый впоследствии назвал северным и южным (рисунок 1), и о том, что невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Он писал о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании.

Рисунок 1 – Взаимодействие 2 магнитов

2.5 В XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о электромагнитном поле.

2.6 Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле.

2.7 Андре Мари Ампер исследовал взаимодействие параллельных проводников с током. Он установил, что два параллельных провода, по которым течет ток в одинаковом направлении, притягиваются друг к другу, а если направления токов противоположны, провода отталкиваются.

2.8 Эти опыты имели большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

2.9 Электромагнитное поле — физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты.

2.10 Были выявлены основные свойства магнитного поля:

магнитное поле материально, т. е. существует независимо от наших знаний о нем;

порождается только движущимся электрическим зарядом: вокруг любого движущегося заряженного тела существует магнитное поле. Магнитное поле может быть создано и магнитом, но и там причиной появления поля является движение электронов. Магнитное поле может быть создано и переменным электрическим полем;

обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;

магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

2.11 Силы действующие в электромагнитном поле:

— Сила Ампера

Силой Ампера называется сила, которая действует на проводник с током, находящийся в магнитном поле.

Существует и специальный закон об этой силе, называемый законом Ампера: на проводник c током силой ​ I ​ и длиной L ​, помещенный в магнитное поле с индукцией ​ ​, действует сила, модуль которой равен (произведению силы тока на вектор магнитной индукции и на синус альфа):

где ​α​ – угол между проводником с током и вектором магнитной индукции ​​.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки (рисунок 2): если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции ​B⊥​ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера.

Рисунок 2 – Сила Ампера

— Сила Лоренца

Сила Лоренца – сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Формула для нахождения силы Лоренца:

F = q* B * V * sin a,

где ​q​ – заряд частицы, ​v​ – скорость частицы, ​B​ – модуль вектора магнитной индукции, ​α​ – угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки (рисунок 3): если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции ​B⊥​ входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца.

Рисунок 3 — Сила Лоренца

2.12 Силы Ампера и Лоренца широко применяются в науке и технике.

2.13 Применение магнитного поля:

— циклотроны, магнетроны и др.

2.14 Без магнитного поля было бы трудно представить нашу современную жизнь: не было бы изобретено множество приборов, не были бы получены важнейшие технологии.

Электромагнит

Андре Мари Ампер показал, что катушка с током ведет себя подобно постоянному магниту. Это значит, что можно сконструировать электромагнит – устройство, которое при прохождении через него электрического тока, создает вокруг себя магнитное поле.

Первый электромагнит был изготовлен английским инженером Уильямом Стёрдженом (рисунок 4).

Электромагнит представлял собою согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Стержень был покрыт лаком, для изолирования от обмотки. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании он мгновенно их терял. Именно благодаря этим особенностям электромагнит стали широко применять в технике.

Электромагнит состоит из:

Рисунок 4 – Электромагнит

3.5 Обмотку электромагнита изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты.

3.6 Магнитопроводы изготавливают из магнитно-мягких материалов – обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна.

3.7 Электромагниты получили широкое распространение в быту, науке и на производстве (рисунок 5). Они содержатся в различных бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и в устройства техники связи (телефония, телеграфия и радио). Они являются частью электрических машин на заводах, многих устройств промышленной автоматики, применяются в разнообразных электротехнических и лабораторных сборках, медицинской аппаратуре.

Рисунок 5 – Электромагнит на производстве

Построение макета

На данном этапе проекта я расскажу о левитроне (рисунок 6), его строении (схема рисунок 7), о принципе его работы и покажу наглядный пример действия моего макета.

Левитрон – пример магнитной левитации.

Левитация – это явление, при котором какой-либо объект поднимается и висит в воздухе без всякой опоры или приспособлений.

Принцип действия моей конструкции:

Когда подаем питание – электромагнит включается и притягивает постоянный магнит. Но между электромагнитом и постоянным магнитом находится датчик Холла. Как только датчик Холла среагирует на магнитное поле постоянного магнита, он закрывает транзистор и электромагнит выключается. Постоянный магнит падает вниз. Магнитное поле ослабевает. Датчик Холла переходит в другой режим. Транзистор открывается. Электромагнит вновь срабатывает и начинает притягивать постоянный магнит. Так циклично происходит притяжение и отталкивание постоянного магнита. Это происходит с большой частотой и движение постоянного магнита не видно, поэтому кажется, что постоянный магнит зависает в воздухе.

Рисунок 6 – Левитрон

Рисунок 7 – Схема моего макета «Левитрон»

1 – полевой транзистор (ключ);

2 – электромагнит (катушка электромагнита);

4 – датчик Холла.

Применение «ливетирующих» устройств:

4.5.1 Поезд на магнитной подушке «Маглев» (рисунок 8) — это состав, который удерживается над дорожным полотном и движется силой электромагнитного поля. В основу поезда положено базовое свойство магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, а разные – притягиваются. Движение поезда осуществляется линейным двигателем – поочерёдно включаются обмотки статора, создавая бегущее магнитное поле. Статор поезда втягивается в это поле и движет весь состав. Маглев — самый быстрый наземный общественный транспорт.

Рисунок 8 — Поезд на магнитной подушке

4.5.2MAG-LEV Audio — проигрыватель виниловых пластинок
(рисунок 9), это устройство состоит из двух частей, одна из которых парит в воздухе — летает (при этом довольно надежно привязана к одному месту) сама «вертушка», на которую и кладется пластинка. Когда проигрыватель выключен, она держится на четырех подпорках. Но если пользователь решает прослушать музыку, подпорки плавно уходят в корпус, а грампластинка начинает парить в воздухе.

Рисунок 9 – Проигрыватель MAG-LEV Audio

4.5.3 Глобус Levitron — парящий в воздухе глобус (рисунок 10) может использоваться как в качестве украшения, так и в качестве инструмента для изучения географии для детей — внимание эта система привлекает сразу.

Рисунок 10 – глобус Levitron

Завершая проект, можно отметить, что сформулированная в начале цель достигнута, перечисленные четыре задачи решены, удалось на примере макета показать магнитное поле, его действие.

Работа над проектом показала мне, что углубляясь в исследования можно узнать много нового.

Список используемых материалов

Канал Фоксфорд. Физика. Магнитное поле;

Физика. 9 кл.: учебник / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 3-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2016. – 319, [1] с.: ил.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

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

Направление силы определяется правилом левой руки:

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

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

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

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

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

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

Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы

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

магнитное поле

изображение магнитных полей

магнитные силы

движение заряженных частиц в магнитном поле

Дополнительные материалы по теме: Электромагнитные явления

Конспект по теме «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы».

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий