Если мы повернем кривошип бура так, чтобы поступательное движение точки бура было направлено в сторону тока, то направление вращения кривошипа бура укажет направление линий магнитного поля тока.
Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции.
Чтобы проиллюстрировать магнитное поле, Фарадей ввел понятие магнитные силовые линиикоторые он часто демонстрировал в своих экспериментах. Изображение линий поля можно легко получить с помощью железных опилок, уложенных на картон.
На первом рисунке показаны линии магнитной индукции постоянного тока, на втором – рисунок соленоида, на третьем – рисунок кругового тока, на четвертом – рисунок постоянного магнита.
Линии магнитной индукцииили линии магнитных силили просто магнитные линии это линии, касательные к которым в любой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке поля.
Направление магнитного поля постоянного тока можно определить следующим образом принцип работы молотка правой руки.
Если мы повернем градуированный кривошип так, чтобы поступательное движение градуированной точки было направлено в сторону тока, то направление вращения градуированного кривошипа будет соответствовать направлению линий магнитного поля тока.
Направление магнитного поля постоянного тока также можно определить по формуле первый закон правой руки.
Если вы возьмете проводник правой рукой и направите согнутый большой палец в направлении тока, кончики других пальцев в каждой точке укажут направление вектора индукции в этой точке.
Слово “электричество” происходит от греческого слова electron – янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе существует два типа электрических зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.
Физика B1.B8.
Электростатика 1. Электрические заряды
Слово “электричество” происходит от греческого слова “электрон”. Янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе известны два типа электрических зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.
Электрический заряд любого тела состоит из числа элементарных зарядов, равных приблизительно Этот заряд – заряд отрицательно заряженной частицы, называемой электроном. Масса покоя электрона составляет около . Кроме отрицательно заряженного электрона существуют частицы с положительным элементарным зарядом. Стабильной частицей с положительным элементарным зарядом является протон. Протон является ядром атома водорода, самого легкого элемента таблицы Менделеева. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона . Протон – это частица, образующая ядра всех элементов и определяющая заряд ядра. Электроны в атомах образуют электронную оболочку атома. Они могут покидать электронную оболочку атома или молекулы, превращая ее в положительный ион, и могут присоединяться к другому атому или молекуле, превращая эти молекулы в отрицательный ион. Перенос электронов может происходить не только между атомами или молекулами, но и между телами, например, при их контакте друг с другом. Это явление называется электризацией тел при контакте. При электризации одни тела имеют избыток электронов и заряжены отрицательно; другие тела имеют дефицит электронов и заряжены положительно. Однако во всех случаях выполняется один из основных законов физики – закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов частиц или тел, образующих электрически изолированную (замкнутую) систему, не изменяется под влиянием процессов, происходящих в этой системе. Электрически изолированная система – это система тел (частиц), которые не обмениваются зарядами с телами, не входящими в эту систему.
Со свойствами силовых линий, присущих магнитному полю, мы познакомимся позже, сейчас лишь напомним свойства этих линий, общие для любых векторных полей:
Слободянюк А.И. Физика 10/12.3
Как упоминалось выше, математически магнитное поле описывается математической конструкцией, которая является векторным полем – каждой точке в пространстве соответствует вектор (в данном случае магнитной индукции).
B(vec r) = vec B(x,y,z)} . Или, эквивалентно, для полного описания магнитного поля необходимо определить три функции (компоненты вектора индукции Bx, By, Bz), каждый из которых зависит от трех аргументов (координаты точки x,y,z).
Для визуализации этого поля (как и любого векторного поля) удобно использовать силовые линии (рис. 14).
Линии магнитного поля – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции.
Со свойствами силовых линий магнитного поля мы познакомимся позже, а сейчас лишь напомним свойства таких линий, общие для любых векторных полей:
- Силовые линии магнитного поля не пересекаются.
- Линии магнитного поля не имеют преломления.
Докажите эти свойства самостоятельно.
По определению, направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки, поэтому линии силы можно “увидеть”. Для этого возьмите несколько стрел и поместите их в исследуемую область. Их ориентация покажет структуру магнитного поля в этой области. Эти стрелки могут быть железными опилками, которые выстраиваются вдоль линий поля. Таким образом можно получить распределения линий магнитного поля, генерируемых различными источниками. Эти “изображения” часто (не очень метко) называют магнитными спектрами.
Основной характеристикой силы является вектор индукции. Он используется для определения влияния магнитного поля на точку в пространстве. То есть, он показывает, какая сила действует на заряд q, движущийся со скоростью V. Это векторная величина, формула расчета которой выглядит следующим образом: F = q * V * sin (a)где a – величина угла между вектором скорости и магнитной индукцией. Направление силы может быть определено по принципу питч-бора. Она всегда будет перпендикулярна вектору скорости. Единицей измерения СИ является тесла (Тесла).
Спираль и спираль
Направление магнитного потока можно определить по правилу, которое называется правилом булав. Возьмите проводник с током и расположите вдоль него спираль. При этом следите за тем, чтобы стержень двигался в направлении тока. Для этого поверните винт в определенном направлении, что укажет, куда направлено магнитное поле.
Аналогом этого метода является правило правой руки. Правило таково: если вы расположите большой палец в направлении тока, остальные четыре будут указывать направление силы. Определить, как будут направлены линии в прямом проводе, несложно.
Для проволоки, согнутой в катушку, методика будет отличаться. Изогнутая направляющая может быть представлена в виде множества деталей. Самые интересные из них – две в начале и в конце. Если мы применим принцип буравчика и нарисуем направление, то увидим, что вокруг каждого конца появятся противоположные линии силы. Они будут иметь закрытую и радиальную форму. Но их особенность в том, что в центре проводника напряженность поля будет намного сильнее, чем на некотором расстоянии от него.
Оказалось, что если ток течет через кольцо, то принцип буры тоже будет работать, но с небольшим отличием.
Если в случае постоянного тока вращение ручки, установленной в направлении движения частиц, указывает направление распространения линии, то для катушки ситуация прямо противоположная. Когда бура вращается в соответствии с направлением тока, стержень прибора показывает, куда направлено поле внутри катушки.
Аналогичный рисунок можно получить, намотав катушку проволоки. Внутри змеевика линии будут плотнее, чем снаружи. Он используется для создания сильного магнитного потока. Все эти явления связаны с природой силы. Линии поля всегда выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Поэтому направление вектора магнитной индукции совпадает с северной стрелкой магнитной стрелки. Обратите внимание на важный момент: в реальности линии поля двух одинаковых точечных зарядов могут пересекаться, но в этом случае поле в этой точке будет равно нулю.
Представление о природе магнитной индукции позволило использовать эту силу в технологическом прогрессе человечества. Например, были созданы поезда, которые могут развивать огромную скорость, потому что они движутся на магнитной подушке. Каретки скользят по поверхности, не испытывая трения.
Открытия также используются для изучения работы мозга. Оказывается, мозг производит слабое магнитное поле, изучение которого помогает нам понять, как работают нейроны.
В магнитном поле железные опилки намагничиваются и становятся магнитными стрелками. Ось каждой стрелки в магнитном поле направлена вдоль направления действия сил магнитного поля.
Вопросы § 58
В магнитном поле железные опилки намагничиваются и становятся магнитными стрелками. Ось каждой стрелки в магнитном поле направлена вдоль направления действия сил магнитного поля.
2 Как расположены железные опилки в постоянном магнитном поле?
При воздействии магнитного поля железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а концентрическими кругами.
3 Что мы называем магнитной линией магнитного поля?
Магнитные линии магнитного поля – это линии, вдоль которых в магнитном поле расположены оси маленьких магнитных стрелок.
4. Зачем вводится понятие линий магнитного поля?
Линии магнитного поля облегчают графическое представление магнитных полей. Поскольку магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, через любую точку можно провести магнитную линию.
5 Как эксперимент может показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?
Поместите магнитную стрелку рядом с проводником с током, а затем измерьте направление тока. При этом вы заметите, что направление стрелки изменится на противоположное, т.е. она повернется на 180’C. Таким образом, этот эксперимент показывает, что направление магнитных линий связано с направлением тока.
Если рассматривать магнитное поле в пространстве, то его полезно представить как набор сил, которые могут действовать на намагниченные объекты. Такое явление возникает при наличии движущих разрядов на молекулярном уровне.
Как определить силовые линии магнитного поля
Когда магнитное поле прикладывается к рамке, через которую течет ток, создается магнитный момент. Эта величина представляет собой вектор на прямой, перпендикулярной рамке. Магнитное поле графически представлено силовыми линиями. Они направлены таким образом, что вектор силы поля совпадает с направлением линий поля. Эти линии закрыты и не прерываются.
Вы можете использовать магнитную стрелку, чтобы узнать, в каком направлении действует магнитное поле. Полярность магнита также можно определить с помощью поля силовых линий. Конец, из которого выходят линии силы, соответствует северному полюсу, а точка входа этих линий совпадает с южным полюсом.
Для визуальной оценки магнитного поля хорошо использовать железные опилки и лист бумаги. Это используется для экранирования постоянного магнита. Поверхность бумаги посыпается железными опилками. Металлические частицы получат порядок, соответствующий расположению силовых линий.
В случае с проводником направление линий силы определяется правилом большого пальца или правилом правой руки. Например, если вы обхватите проводник рукой так, чтобы большой палец был направлен от плюса к минусу, остальные четыре пальца будут направлены в ту же сторону, что и силовые линии магнитного поля.
Магнитное поле действует на заряд или проводник, по которому течет ток, под действием силы Лоренца. Его направление определяется правилом левой руки. Если вы положите левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены в ту же сторону, что и ток в проводнике, а силовые линии проходили через вашу ладонь, то большой палец будет направлен в сторону вектора силы Лоренца, с которой поле действует на проводник, помещенный в магнитное поле.
Читайте далее:- 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
- Многоликий протон.
- Правило Буравера ℹ️ определение, формулировка закона и основное значение.
- Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда.
- Атомная структура.
- Как работают атомы.
- Определение количества нейтронов, протонов и электронов в атоме.