что это за явление, как действует на заряженные частицы

Содержание:

• Магнитное поле и его характеристики
• Суть ориентирующего действия магнитного поля
• Способы обнаружения магнитного поля
  • Как действует на заряженные частицы
  • Как действует на токи
  • Воздействие токов на магниты

Содержание

• Магнитное поле и его характеристики
• Суть ориентирующего действия магнитного поля
• Способы обнаружения магнитного поля
  • Как действует на заряженные частицы
  • Как действует на токи
  • Воздействие токов на магниты

Магнитное поле и его характеристики

Определение

Магнитное поле — физическое поле, которое действует только на движущиеся заряды (токи) и тела, обладающие магнитным моментом.

Источники магнитного поля — постоянные магниты или электрический ток.

Определение

Магнитный момент — векторная величина, характеризующая магнитные свойства тел и частиц вещества.

Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией \(\overrightarrow B\), измеряющейся в теслах (Тл).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Еще одной характеристикой магнитного поля служит напряженность \(\overrightarrow Н\), она измеряется в эрстедах и гаммах.

Примечание

Единица напряженности магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика Ханса Кристиана Эрстеда.

Гамма, \(\gamma\) — стотысячная доля эрстеда. \(\overrightarrow Н\) — скорее вспомогательная характеристика, так как физически корректные и осмысленные методы измерения предполагают нахождение именно \(\overrightarrow B\), но \(\overrightarrow Н\) иногда оказывается удобнее для расчетов.

Суть ориентирующего действия магнитного поля

Определение

Магнитный диполь — неразделимая совокупность двух магнитных полюсов, северного и южного, находящихся на расстоянии друг от друга.

Существование монополей, магнитов с одним полюсом, невозможно, поскольку магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми. Полюсы магнита всегда направлены на север и на юг, если на магнит оказывает действие только геомагнитное поле Земли. Даже если разломать прямой или дугообразный магнит, каждая его из частей сохранит полярность и не станет монополем.

Способы обнаружения магнитного поля

Обнаружение того факта, что некоторые предметы, например, натертый тканью янтарь, способны притягивать другие предметы, произошло еще в античные времена, а возможно, и раньше. Тем не менее органы чувств человека не позволяют ему ощутить магнитное поле, поэтому выявление его наличия возможно только по его воздействию на движущиеся электрические заряды или магниты, которые перемещаются в пространстве.

Как действует на заряженные частицы

На заряженную частицу, которая движется в магнитном поле, воздействует сила Лоренца. В системе СИ она описывается следующим выражением:

\(F = q[v, B]\)

Квадратные скобки здесь обозначают векторное произведение.

Как действует на токи

Поскольку на любую движущуюся заряженную частицу в магнитном поле воздействует сила Лоренца, она будет воздействовать и на проводник, по которому идет ток. Сложив силы, влияющие на отдельные движущиеся заряды, можно вычислить силу Ампера — силу, с которой поле воздействует на проводник. Формула для ее вычисления:

\(d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B\)

\(I\) здесь — сила тока, протекающего через проводник; \(l\) — вектор длины проводника, направленный в ту же сторону, куда течет ток; \(В\) — магнитная индукция.

Воздействие токов на магниты

Есть простой способ увидеть магнитные силовые линии — достаточно насыпать на лист железные опилки и положить постоянный магнит рядом с ними, или пропустить сквозь центр листа, перпендикулярно его поверхности, провод под током.

Опилки намагнитятся и сами распределятся по листу, создав окружности вокруг магнита или провода. А с помощью глицерина, обладающего подходящими вязкостью и прозрачностью, можно создать условия для наблюдения магнитных силовых линий в объеме.

Намагниченная стрелка всегда отклоняется при попадании в электромагнитное поле, при этом направление отклонения зависит от направления тока, идущего по проводнику. Величина отклонения стрелки при этом пропорциональна напряженности магнитного поля. Именно на основе этого свойства намагниченных предметов были созданы первые детекторы магнитных полей. Приборы такого типа, где величина отклонения стрелки измеряется оптической системой, обеспечивают чувствительность до 4–5 \(\gamma\).

Если поместить намагниченный предмет внутрь проволочной спирали, по которой идет ток, намагничивание усилится. Подобное взаимодействие впервые обнаружил Ампер. На основе этого свойства магнитов работают более чувствительные устройства, которые представляют собой два стержня с обмотками, поверх которых надета измерительная катушка.

Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке возникает напряжение. Если подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, напряжение не появится. Но если геомагнитное поле изменится при перемещении к другому пункту, изменится и намагниченность стержней, соответственно в катушке появится сигнал.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 1)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Цели урока:

• Образовательные:
  • изучить как обнаруживается магнитное поле по его действию на электрический ток, изучить правило левой руки, повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства; закрепить правила правой и левой руки с помощью упражнений;
  • закрепить знания по предыдущим темам;
  • научить применять знания, полученные на уроке;
  • показать связь с жизнью;
  • расширить межпредметные связи.
• Воспитательные:
  • формировать интерес к предмету, к учебе, воспитывать инициативу, творческое отношение, воспитывать добросовестное отношение к учебе, прививать навыки, как самостоятельной работы, так и работы в коллективе, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.
• Развивающие:
  • развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес путем привлечения дополнительного материала, а также потребности к углублению и расширению знаний;
  • развивать речевые навыки;
  • формировать умения выделять главное, делать выводы, развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Этапы урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин.
3. Объяснение нового материала – 18 мин.
4. Физкультминутка – 2 мин.
5. Закрепление. Решение задач – 15 мин.
6. Итоги. Выводы. Домашнее задание  – 2 мин.

ХОД УРОКА

I.   Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин

1. Магнитное поле порождается______________ (электрическим током).
2. Магнитное поле создается ______________заряженными частицами (движущимися).
3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает _________полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку (северный).
4.Магнитные линии выходят из _________ полюса магнита и входят в ________. (Северного, южный).
5. Как взаимодействуют два провода троллейбусной линии: притягиваются или отталкиваются? (Притягиваются).
Поменялись листочками и проверили друг друга. На кодоскопе высвечиваются правильные ответы.
Правильных ответов: 5 ответов– 5 баллов, 4 ответа – 4 балла, 3 ответа – 3 балла, 1 – 2 ответа – 2 балла.

II.  Объяснение нового материала – 20 мин

Учитель:  Как можно обнаружить магнитное поле? Оно не действует на наши органы чувств – не имеет запаха, цвета, вкуса. Мы не можем, правда, с уверенностью утверждать, что в животном мире нет существ, чувствующих магнитное поле. В США и Канаде для отгона миног с места скопления мальков на реках, впадающих в Великие озера, установлены электромагнитные барьеры. Ученые объясняют способность рыб ориентироваться в просторах океана их реакцией на магнитные поля…
Сегодня на уроке мы изучим,  как  обнаружить магнитного поля по его действию на электрический ток и изучим правило левой руки.
На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой, наличие такой силы можно посмотреть с помощью такого опыта: проводник подвешен на гибких проводах, который через ключ присоединен к аккумуляторам. Проводник помещен между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле.
При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и проводник приходит в движение. Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник с током двигаться не будет.

Если ученики смогут сами ответить: Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Учитель: Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.
Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нем магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.

Вывод 1: Таким образом, магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.
Выясним, от чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Опыт показывает, что при изменении направления тока изменяется и направление движения проводника, а значит, и направление действующей на него силы Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля).
Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки. В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Ученики: за направление тока во внешней части электрической цепи (т.е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Учитель: Пользуясь правилом левой руки это следует помнить.
Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создается движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырех пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.                                                                                   
С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятую движущуюся в нем частицу, как положительно, так и отрицательно заряженную. Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Пользуясь правилом левой руки, можно определить не только направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током или движущуюся заряженную частицу. По этому правилу мы можем определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы).
Сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линиями магнитного поля или параллельны им.

III. Физкультминутка – 2 мин.

Встаньте, пожалуйста. Вы – компас, ваше лицо – указывает всегда на север, затылок – на юг, стена – это северный полюс, противоположная доска – южный полюс. – Дети поворачиваются лицом к стене. Полюса поменялись. Дети поворачиваются лицом к доске. Возникают магнитные бури – дети начинают качаться и вращаться.
Отдохнули, спасибо, присаживайтесь.

А знаете ли вы, что…

• Сильное магнитное поле влияет на рост кристаллов: например, монокристаллы меди, сформировавшиеся в сильных магнитных полях, обладают более совершенной кристаллической решеткой.
• Сильное магнитное поле используется и для лечения такого распространенного и опасного заболевания, как нарушение ритма сердечных сокращений (аритмия). Сердце – орган, непрерывно совершающий ритмичные сокращения, период которых определяется слабыми электрическими сигналами, посылаемыми головным мозгом. При заболеваниях сердца ритм сокращений нарушается. В особо тяжелых случаях используют дефибрилляторы – приборы, генерирующие импульсы высокого напряжения, причем электроды накладываются непосредственно на область сердца, в результате чего нередко получается ожог. При использовании пульсирующего магнитного поля, вызывающего индукционные токи в нервных клетках, эта опасность исключается.

Магнитный страж прилавка

Чтобы как-то защититься от краж, владельцы магазинов прикрепляют к товару особые бирки, которые отрываются на контрольном пункте после того, как уплачены деньги. Бирки – крошечные антенны – при попытке вынести покупку из магазина без оплаты включают на выходе сигнал тревоги за счет резонансного усиления радиосигнала, поступающего от небольших радиопередатчиков, установленных на выходе. Однако этот способ оказался не совсем надежен: вор может, заэкранировав бирку кусочком фольги или собственным телом, обмануть сигнальное устройство.
Чтобы этого не случалось, фирма «Чекмейт системс» разработала новую систему. Контрольная бирка изготавливается теперь из магнитного материала, а на выходе магазина стоят высокочувствительные магнитометры.
Система отрегулирована так, что она не реагирует на металлические предметы малого размера: ключи, часы, пряжки и ювелирные изделия, но отчаянно трезвонит, когда замечает контрольную бирку.

IV. Закрепление материала. Решение задач – 15 мин.

Учитель:Упр. 36 (1). В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи?
Ученики дают ответы: по правилу левой руки линии магнитного поля входят в ладонь, электрический ток течет по трубочке, значит, трубочка покатится к источнику тока.
Учитель: Давайте проверим на опыте ваши ответы.

Решение задач: № 1068, № 1069 (а, б),  № 1070, № 1078.   

Учитель: Сегодня на уроке мы изучили, как обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток. Рассмотрели правило левой руки.

V. Домашнее задание: § 46, упр. 36 (2, 3, 4, 5).

Обнаружение магнитного поля Рона Куртуса

SfC Home > Physics > Magnetism >

Рон Куртус (обновлено 20 февраля 2022 г.)

Любой источник магнетизма, такой как магнит или электромагнит, окружен магнитным полем . Это поле может быть обнаружено различными устройствами, которые также могут дать информацию о направлении поля и даже о его силе.

Простой компас может обнаруживать магнитное поле и показывать его направление. Железные опилки можно использовать, чтобы показать форму магнитного поля. На сложном уровне гауссметр может обнаружить поле и указать его силу, измеряемую в единицах гаусса.

У вас могут возникнуть следующие вопросы:

• Как компас определяет магнитное поле?
• Как железные опилки демонстрируют магнитное поле?
• Что такое гауссметр?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц

---

---

Компас определяет поле

Компас — это просто тонкий магнит или намагниченная железная стрелка, уравновешенная на оси. Его можно использовать для обнаружения небольших магнитных полей. Стрелка будет вращаться, указывая на противоположный полюс магнита. Он может быть очень чувствителен к малым магнитным полям.

Использование компаса для отображения магнитного поля

Когда вы подносите компас к объекту, предположительно намагниченному или имеющему магнитное поле, компас повернется и укажет на соответствующий полюс объекта.

Стрелка компаса притягивается к северному полюсу магнита

Известный эксперимент показал, что провод, по которому проходит постоянный электрический ток, создает магнитное поле. Когда электричество было включено, ближайший компас двигался, указывая на присутствие магнитного поля.

Земля — это огромный магнит

С помощью компаса было обнаружено, что Земля — это огромный магнит. Северный полюс стрелки компаса всегда будет указывать на северный магнитный полюс Земли.

Железные опилки демонстрируют поле

Рассыпав мелкие железные опилки или пыль на листе бумаги, положенном поверх магнита, можно увидеть очертания магнитных силовых линий или магнитного поля. На рисунке ниже

 

Железные опилки и циркуль показывают форму и направление магнитного поля

Этот эксперимент также показывает, что магнетизм действует через многие материалы, такие как бумага. Сработает ли эксперимент, если для обсыпки опилок использовать лист железа? А алюминиевая фольга?

Гауссметр измеряет поле

Гауссметр используется для измерения напряженности магнитного поля. Они используют электронный чип, называемый устройством на эффекте Холла, который испускает слабый электрический ток при воздействии магнитного поля. Ток усиливается электронной схемой, а счетчик показывает число гаусс (единицы силы магнитного поля).

Эти устройства используются для обнаружения и измерения магнитных полей в научных экспериментах, в промышленности и даже в жилых домах.

Резюме

Магнитные объекты окружены магнитным полем. Устройства могут обнаруживать поле, а также давать информацию о направлении поля и даже о его силе. Компас может обнаружить магнитное поле и показать его направление. Железные опилки могут показывать форму магнитного поля. Гауссметр может обнаружить поле и указать его силу.

---

Следуйте своему личному компасу на пути к успеху

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Веб -сайты

Как работают компасы

Как использовать компаса дешево, но можно посмотреть информацию о гауссметре

Ресурсы магнетизма

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по магнетизму

---

Поделитесь этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www. school-for-champions.com/science/
Magnetic_detection.htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Copyright © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Темы магнетизма

Обнаружение магнитного поля

---

Датчики магнитного поля | Метод и функция обнаружения

Различные принципы обнаружения могут использоваться для различных задач обнаружения. Принцип обнаружения, наиболее подходящий для конкретного приложения, определяется на основе различных соображений, таких как материал обнаруживаемого объекта, среда приложения и расстояние, с которого объект должен быть обнаружен.

В отличие от индуктивных или емкостных датчиков датчики магнитного поля реагируют на наличие магнитного поля . Неважно, создается ли это поле электромагнитом или постоянным магнитом . Это делает датчики магнитного поля особенно защищенными от несанкционированного доступа и устойчивыми к помехам. По сравнению с датчиками ближнего поля, упомянутыми выше, датчики магнитного поля обеспечивают 90 160 большее рабочее расстояние 90 161 при компактном корпусе.

Краткий обзор специальных технических характеристик датчиков магнитного поля:

• Обнаружение компонентов, оснащенных магнитами
• Большое рабочее расстояние (в зависимости от используемых магнитов)
• Переменное рабочее расстояние: выбрав и установив магнит, можно легко отрегулировать требуемое рабочее расстояние
• Защита от несанкционированного доступа и иммунитет: Датчик реагирует исключительно на магнитные поля
• Обнаружение через немагнитные стены

Типичные области применения включают:

• Контроль дверей
• Запрос компонента
• Обнаружение компонентов через металлические стены, при условии, что стены немагнитны

Ограничения датчиков магнитного поля:

• Детектируемые компоненты должны быть оснащены как минимум одним магнитом
• Диапазон чувствительности зависит от направления установки магнита

Другие принципы

В зависимости от применения в качестве альтернативы могут использоваться следующие принципы измерения:

• Индуктивный датчик: исключительно для обнаружения металлических предметов.
• Емкостной датчик: для обнаружения объектов из пластика или бумаги, жидкостей (маслянистых или водных), гранул и порошков.

Как это работает

Датчики магнитного поля бесконтактные . Они обнаруживают объекты, генерирующие магнитное поле.

История бесконтактных датчиков приближения

Первый промышленный датчик приближения был разработан и выпущен на рынок в 1958 Уолтером Пепперлом и Вильфридом Гейлом. В то время разработка велась соседним BASF. BASF хотел заменить механические переключающие контакты, использовавшиеся в то время для обнаружения товаров, бесконтактными датчиками, которые не вызывали искры при переключении. Намерение состояло в том, чтобы значительно снизить опасность взрыва. Даже первый датчик приближения был искробезопасным в соответствии со стандартом NAMUR 9.0161 .

Стандартизация

Все бесконтактные датчики Pepperl+Fuchs разрабатывались и продолжают разрабатываться, производиться и продаваться в соответствии с соответствующим стандартом IEC/EN 60947 «Низковольтные распределительные устройства и устройства управления — Часть 5- 2: Устройства цепей управления и переключающие элементы — Бесконтактные выключатели».