Действие магнитного поля на проводник с током. Все о магнитах :: Класс!ная физика

Главная контакты
Главная Новости сайта Вспомни физику: 7 класс 8 класс 9 класс 10-11 класс задачи 9-11 кл. видеоролики по физике мультимедиа 7 кл. мультимедиа 8 кл. мультимедиа 9 кл. мультимедиа 10-11 кл. астрономия тесты 7 кл. тесты 8 кл. тесты 9 кл. демонстрац.таблицы физсправочник Азбука физики Научные игрушки Простые опыты Этюды об ученых Решение задач Презентации Книги по физике Умные книжки Есть вопросик? Его величество. .. Музеи науки… Достижения… Викторина по физике Физика в кадре Учителю Читатели пишут	ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ Магнитное  поле  действует  с  некоторой  силой  на  любой  проводник  с  током,  находящийся  в  нем. Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его. Направление  движения  проводника  зависит  от  направления  тока  в  проводнике  и  от   расположения  полюсов  магнита. Действие  силы на рамку с током. Если поместить проволочную рамку , по которой протекает электрический ток, в магнитное поле, то в результате действия силы магнитного поля, рамка будет поворачиваться. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Устройство электродвигателя: 1) якорь  электродвигателя  —  железный  цилиндр, закрепленный  на  валу  двигателя; вдоль  цилиндра  сделаны  прорези  (пазы ),  в  которые укладывается   обмотка,  состоящая  из  большого  числа  витков  проволоки. 2) индуктор  электродвигателя — электромагнит;  образующий  магнитное  поле,   в  котором  вращается  якорь  двигателя. Принцип работы электродвигателя основан  на  вращении  катушки  с  током  в  магнитном  поле: магнитное  поле  создается  электромагнитом;  катушка  —  обмотка  якоря,  по  которой  протекает  электрический  ток;   со  стороны  магнитного  поля  на  катушку,  как  на  рамку  с  током  действует  сила,  стремящаяся  повернуть  ее;    вместе  с  якорем   вращается  и  вал  двигателя. Преимущества электродвигателей : малые  размеры  по  сравнению  с  тепловыми  двигателями; экологически  чистые; можно  сделать любых  размеров; высокий  КПД  (98   ). ЧИТАЕМ ! «Поющие» магниты. Магнитная летательная машина. Электромагнитный транспорт. Наподобие «магометова гроба». Тайны магнита. Устали? — Отдыхаем!	Поиск по сайту Загляни! На урок Выпускникам Как сдавать экзамены? Тактика тестирования Знаешь ли ты себя?
Главная контакты

Действие магнитного поля на проводник с током 11 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Введение

 

На прошлом уроке мы выяснили, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, линии которого замкнуты (рис. 1).

 

Рис. 1. Линии магнитного поля проводника с током

Опытным путем мы установили, что направление линий магнитного поля вокруг проводника напрямую связано с направлением электрического тока в проводнике и для определения этого направления можно использовать или правило правой руки, или «правило буравчика».

Проведя эксперименты, мы увидели, что небольшой виток из проводника, по которому пропущен электрический ток, то есть виток с током, ведет себя в магнитном поле подобно магнитной стрелке. На виток действует вращающий момент сил, который заставляет разворачиваться его таким образом, чтобы линии магнитного поля пронизывали плоскость витка под прямым углом (рис. 2).

Рис. 2. Действие линий магнитного поля на виток

При этом мы выяснили, что такой виток с током можно использовать для анализа силовых свойств магнитного поля, и ввели физическую величину, которая определяет силовые свойства магнитного поля – это индукция. Единица ее измерения – тесла:

 – индукция магнитного поля

 

Закон взаимодействия токов

 

 

Проведя ряд экспериментов, Андре-Мари Ампер выяснил: два прямых параллельных проводника с током притягиваются друг к другу, если по ним протекают однонаправленные токи, то есть токи одного направления (рис. 3).

 

Рис. 3. Однонаправленные токи

Эти же проводники с током отталкиваются, если по ним протекают токи противоположных направлений (рис. 4).

Рис. 4. Разнонаправленные токи

Анализ проведенных экспериментов позволил Амперу вывести свой знаменитый закон взаимодействия токов: сила взаимодействия двух параллельных проводников с током пропорциональна произведению величин токов в этих проводниках на длину проводников и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками.

Кроме того, мы выяснили, что проводники с током оказывают магнитное действие, а проводник, скрученный в катушку (соленоид), ведет себя подобно постоянному плоскому магниту (рис. 5).

Рис. 5. Соленоид

Определить полярность такого магнита также можно по правилу правой руки (рис. 6): «Если обхватить соленоид ладонью правой руки и направить четыре пальца по направлению тока в нем, то отставленный на 90° большой палец будет указывать направление линий магнитного поля внутри соленоида».

Рис. 6. Определение полярности магнита по правилу правой руки

Теперь ответим на следующий вопрос: почему именно так взаимодействуют параллельные проводники с током? И откуда берется момент сил, заставляющий виток с током разворачиваться между полюсами магнита?

 

Опыт 1

 

 

Чтобы исследовать влияние магнитного тока на проводник с током, необходимо проделать ряд опытов. Для этого мы собрали установку: проводник с током, который помещен между полюсами дугообразного магнита, причем магнит расположен таким образом, чтобы линии магнитного поля, создаваемые им, были направлены снизу вверх, то есть от северного полюса магнита к южному (рис. 7).

 

Рис. 7. Расположение проводника с током между полюсами магнита

Проводник при помощи системы проводов мы подключим к источнику тока так, чтобы при замыкании источника ток в проводнике протекал в направлении данной стрелки (рис. 8).

Рис. 8. Направление тока	Рис. 9. Готовая установка

Посмотрим, что будет, если просто замкнуть цепь (рис. 10).

Рис. 10. Проводник отклонился от своего начального положения

Видим, что проводник при пропускании по нему электрического тока отклонился от своего начального положения, как бы втягиваясь внутрь дугообразного магнита. Теперь посмотрим, как будет вести себя проводник, если изменить направление тока в нем (клеммы «+» и «-» на источнике меняем местами) и замкнуть цепь (рис. 11).

Рис. 11. Движение проводника при смене направления тока

Мы видим, что проводник снова отклоняется от своего начального положения, но при этом он как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита.

Итак, мы можем сделать вывод, что магнитное поле на помещенный в него проводник с током действует с некоторой силой. Направление этой силы зависит от направления тока в проводнике. Но возникает вопрос: только ли от направления тока в проводнике она зависит?

 

Опыт 2

 

 

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий шаг: оставим направление тока таким же, каким оно было в последнем опыте, но изменим направление линий магнитного поля. Расположим магнит таким образом, чтобы линии магнитного поля были направлены сверху вниз (от северного полюса к южному) (рис. 12).

 

Рис. 12. Линии магнитного поля направлены сверху вниз

Посмотрим, как себя будет вести проводник с током. При замыкании цепи видно, что проводник при том же самом направлении тока в нем теперь втягивается внутрь пространства между полюсами магнита (рис. 13).

Рис. 13. Проводник втягивается внутрь пространства между полюсами магнита

Для завершения опыта снова изменим направление тока в проводнике и замкнем цепь. Видим, что проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита (рис. 14).

Рис. 14. Проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита

Мы видим, что поведение проводника с током, помещенного в магнитное поле, определяется направлением тока в проводнике и расположением полюсов магнита. Следовательно, со стороны магнитного поля на помещенный в это поле проводник с током действует сила, направление которой зависит как от направления электрического тока в проводнике, так и от направления линий магнитного поля. То есть все названные направления тесно взаимосвязаны.

Рис. 15. Направление силы  со стороны магнитного поля зависит от направления электрического тока  в проводнике и от линий магнитного поля

 

Правило левой руки

 

 

Еще раз запустим ток по проводнику и попробуем связать между собой указанные три направления (рис. 16).

 

Рис. 16. Проводник снова выталкивается из пространства между полюсами магнита

Видим, что проводник с током снова как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита, линии магнитного поля направлены сверху вниз, ток направлен по стрелке (от учителя). Таким образом, можно сделать вывод о взаимосвязи трех вышеуказанных направлений: все три направления взаимно перпендикулярны.

Такая взаимосвязь направлений характерна для левой руки или, как говорят физики, для левой симметрии. Если левую руку расположить таким образом, что четыре пальца ее показывают направление течения тока в проводнике (от плюса к минусу), при этом кисть развернуть так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый на  палец левой руки покажет направление действия силы (рис. 17). Сформулированное нами правило называется правилом левой руки.

Рис. 17. Правило левой руки

Итак, мы выяснили взаимосвязь между тремя направлениями: направлением тока в проводнике, направлением линий магнитного поля, или вектором магнитной индукции, и направлением силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током. Эти три направления связаны правилом левой руки. Но сила, как векторная величина, кроме направления характеризуется и численным значением.

 

Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током

 

 

 

Рис. 18. Андре Мари Ампер (1775–1836)

От чего же зависит величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током? Проведя серию экспериментов, Ампер (рис. 18) установил, что величина силы, которая действует со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна величине тока, протекающего внутри проводника:

Кроме того, Ампер заметил, что эта же величина силы прямо пропорциональна длине той части проводника, которая находится в магнитном поле:

То есть чем длиннее брать проводник при таком же самом значении тока, тем большая сила со стороны магнитного поля на него действует.

Воспользуемся одним математическим правилом: если одна величина пропорциональна двум другим, то она будет пропорциональна их произведению:

То есть величина силы прямо пропорциональна произведению тока на длину части проводника в магнитном поле. Теперь обратим внимание, что размерность силы – ньютон, размерность тока – ампер, размерность длины – метр. Для того чтобы поставить знак равенства между величинами, нам нужно добавить размерность магнитной индукции , следовательно, нужно правую часть умножить на модуль магнитной индукции:

Последнее, что осталось, – это учесть зависимость направления действия силы от взаимного направления тока и вектора магнитной индукции.

Если расположить проводник с током в магнитном поле так, чтобы направление тока совпало с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 19), то при пропускании тока через проводник последний практически не реагирует.

Рис. 19. Направление тока совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля

Если же расположить проводник так, чтобы направление тока было перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, то проводник максимально сильно втягивается в пространство между полюсами магнита (рис. 20).

Рис. 20. Направление тока перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции

Итак, когда угол между двумя направлениями (между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока) равен 0 (рис. 21), то сила действия магнитного поля на проводник с током равна 0.

Рис. 21. Угол между направлениями равен

Когда этот угол равен  (рис. 22), то сила действия магнитного поля на проводник с током максимальна.

Рис. 22. Сила действия магнитного поля на проводник максимальна

Тригонометрическая функция, удовлетворяющая вышеназванным условиям, – это синус угла:

– угол между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции:

Тогда можно сформулировать следующее утверждение: величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, численно равна произведению модуля магнитной индукции на длину элемента проводника, помещенного в магнитное поле, и на величину тока в проводнике, а также пропорциональна синусу угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции. Направление же силы определяется по правилу левой руки.

Ампер провел много опытов по определению характера действия силы со стороны магнитного поля на проводник с током. Поэтому введенная им в рассмотрение сила действия со стороны магнитного поля на проводник с током по праву носит название

силы Ампера. Открытие силы Ампера позволит нам ответить на вышеизложенные вопросы.

Задание. Почему два проводника с током притягиваются, если токи направлены в одну сторону? На рис. 3 обозначено направление токов в проводниках. Линии магнитной индукции первого проводника направлены так, как показано на рис. 23 (можно определить по правилу правой руки или правого винта).

Рис. 23. Направление линий магнитной индукции и силы Ампера

Это магнитное поле действует на второй проводник, возникает сила Ампера. Ее направление можно определить по правилу левой руки.

Задание. Почему виток с током вращается в магнитном поле (рис. 2)? На проводник с током, образующий рамку, в магнитном поле будет действовать сила Ампера.

Ее направление можно узнать, применив правило левой руки: если пальцы будут указывать направление тока, а линии магнитной индукции будут входить в ладонь, то получится, что большой палец указывает нам направление действия силы на части рамки. Для правой части рамки сила действует от наблюдателя, а для левой части рамки – к наблюдателю. Под действием этих сил рамка вращается.

 

Список литературы

1. Соколович Ю. А., Богданова Г. С. Физика: Справочник с примерами решения задач. 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
2. Касьянов В. А. Физика 11 кл. учебник для общеобразоват. учреждений. 4-е изд. – М.: Дрофа, 2004.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «kaf-fiz-1586.narod.ru» (Источник)
2. Интернет- портал объединения учителей физики Санкт-Петербурга (Источник) 
3. Интернет- портал «sernam.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Дайте определение силы Ампера.
2. Сформулируйте правило левой руки. Для чего оно предназначено?

 

Магнитная сила | Определение, формула, примеры и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Викторины

• Физика и естественное право

Воздействие магнитных полей

Наука и исследования

78253 просмотров 136 лайков

Пригнуться?

Наиболее энергичные космические лучи опасны, потому что они являются ионизирующим излучением. К счастью, на Земле у нас есть две очень эффективные линии защиты: магнитное поле Земли и ее атмосфера.

Если мы пропустим ток по проводу между полюсами магнита, провод будет двигаться под прямым углом как к магнитному полю, так и к току. Точно так же, если мы направим пучок электронов в магнитное поле, электроны будут двигаться.

Связь Солнца и Земли

Магнитное поле Земли выполняет аналогичную работу. Заряженные частицы в космических лучах отклоняются магнитным полем, и многие из них не могут напрямую попасть в атмосферу. Некоторые из них оказались в ловушке двух концентрических, похожих на пончики, полос вокруг Земли, называемых поясами Ван Аллена, обнаруженными в 1958 с американского спутника: Explorer 1.

Некоторые частицы в Поясах, солнечный ветер и космические лучи, отклоняются магнитным полем к Северному и Южному полюсам. Когда они попадают в атмосферу, они взаимодействуют с верхними слоями атмосферы, возбуждая атомы. Затем, когда атомы расслабляются, они излучают свет, основанный на том же принципе, что и неоновые огни. Эти огни можно увидеть в Aurora Borealis (Северное сияние) и Aurora Australis (Южное сияние).

Полярное сияние видно из космоса

Безопасно ли выходить на улицу?

Как мы видели, на Земле нас защищает сильное магнитное поле. Однако в других местах Солнечной системы это не так безопасно.

Луна недостаточно велика, чтобы удерживать атмосферу, и большая часть ее магнитного поля исчезла, когда жидкое ядро ​​остыло и затвердело. Любая пилотируемая миссия на Луну должна будет найти способ защитить астронавтов от космических лучей. Лучшим вариантом для астронавтов, вероятно, будет жить под землей.

На первый взгляд Марс может показаться более безопасным, так как это довольно большая планета. Однако, поскольку его жидкое ядро ​​намного меньше, чем у Земли, оно остыло и затвердело на раннем этапе жизни планеты. Поэтому у него практически нет магнитного поля.

Отсутствие сильного магнитного поля также позволяло космическим лучам напрямую попадать в атмосферу, что приводило к эффективному «выдуванию» любых молекул газа. В результате космические лучи сделали бы жизнь на Марсе столь же враждебной, как и жизнь на Луне.

Любые частицы, которые проходят через магнитное поле Земли, все равно сталкиваются с нашей атмосферой. Атмосфера действует как пуленепробиваемый жилет. Космические лучи, попадающие в верхние слои атмосферы, отдают свою энергию, чтобы создать поток вторичных частиц, которые падают дождем на Землю внизу.

Очень немногие из этих вторичных частиц достигают уровня земли, и поскольку каждая из них имеет гораздо меньшую энергию, чем первоначальный космический луч, мы в безопасности.

Чем выше мы поднимаемся в атмосфере, тем больше вторичных частиц мы встречаем. В начале 1950-х годов физики использовали воздушные шары, чтобы подняться на большую высоту, чтобы обнаружить космические лучи, прежде чем они успеют слишком сильно взаимодействовать с атмосферой и потерять свою энергию.

Одной из целей COS-B — первого спутника ЕКА, на котором проводился один большой эксперимент, Гамма-телескоп, — было обнаружение космических лучей.