1
2 Магнитное поле – это особая форма материи, созданная движущимися (относительно определенной системы отсчета) электрическими зарядами, электрическими токами, намагниченными телами и переменными электрическими полями, посредством которой осуществляется взаимодействие движущихся электрических зарядов.
3 Термин «магнетизм» введен в 1845 г. М. Фарадеем. ? Явления электродинамики, требующими объяснения: 1. Взаимодействия постоянных магнитов (естественные - магнетит и искусственные – специальные сплавы из железа, никеля, кобальта, намагниченные во внешнем магнитном поле )
Явления электродинамики, требующими объяснения: 4 2. Опыт Эрстеда (1820 г. ) 3. Опыт Ампера - взаимодействие двух проводников с током 4. Магнитное поле Земли
Свойства магнитного поля 5 1. Магнитное поле материально 2. Обнаруживается по действию на движущиеся заряженные частицы, электрические токи и намагниченные тела 3. Действует с некоторой силой на проводник с током или магнитную стрелку 4. Оказывает ориентирующее действие на рамку с током
Вектор магнитной индукции (В) – это векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле. 6 За направление вектора магнитной индукции принимают А) направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающей в магнитном поле Б)направление положительной нормали к замкнутому контуру с током на гибком подвесе, свободно устанавливающемся в магнитном поле.
Линии магнитной индукции 7 Линии, касательные к которым в любой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции B в этой точке поля. Картину линий магнитного поля можно сделать видимой, если воспользоваться мелкими железными опилками. В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничивается и ведёт себя как маленькая магнитная стрелка. Большое количество таких стрелок позволяет в большем числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно, более точно указать расположение линий магнитной индукции.
Линии магнитной индукции 8
Линии магнитной индукции 9
Направление вектора магнитной индукции 10 Правила правой руки Правила буравчика
Направление вектора магнитной индукции 11 Прямой проводник Если охватить с током – первое правило проводник правой рукой, направив правой руки отогнутый большой палец по направлению тока в проводнике, то остальные пальцы в данной точке покажут направление индукции в данной точке.
Направление вектора магнитной индукции 12 Прямой проводник с током Правило буравчика для прямого проводника с током
Направление вектора магнитной индукции 13 Виток с током (соленоид) – второе правило правой руки
Направление вектора магнитной индукции 14 Виток с током (соленоид)
Направление вектора магнитной индукции 15 Виток с током (соленоид) – правило буравчика
16 Важной особенностью линий магнитного поля является то, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Вспомним, что с электростатическим полем дело обстоит иначе. Его силовые линии во всех случаях имеют источник: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.
17 Магнитное поле - вихревое поле. Магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Через каждую точку поля проходит только одна линия магнитной индукции, поэтому линии магнитной индукции не пересекаются Чем гуще линии магнитной индукция, тем больше индукция магнитного поля
Модуль вектора магнитной индукции 18 Модуль вектора магнитной индукции в данной точке равен отношению максимальной силы , действующей на проводник стоком, к длине проводника и силе тока в проводнике, помещенном в эту точку.
19 Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Например, можно взять маленькую плоскую проволочную рамку произвольной формы, квадратной или круглой. Подводящие ток проводники нужно расположить близко друг к другу или сплести вместе. Тогда результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет равняться нулю. Выяснить характер действия магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта.
![M=[H м] 20 Максимальный вращающий момент Величина – магнитный момент рамки (контура) Механический вращающий](https://present5.com/presentation/31780392_133919449/image-20.jpg "M=[H м] 20 Максимальный вращающий момент Величина – магнитный момент рамки (контура) Механический вращающий")
M=[H м] 20 Максимальный вращающий момент Величина – магнитный момент рамки (контура) Механический вращающий момент
Модуль вектора магнитной индукции 21 Модуль магнитной индукции равен
Модуль вектора магнитной индукции 22 Модуль индукции магнитного поля бесконечно длинного прямолинейного проводника, сила тока в котором I , на расстоянии r от его оси
Модуль вектора магнитной индукции 23 Модуль индукции магнитного поля кругового витка с током в центе витка
Модуль вектора магнитной индукции 24 Магнитное поле соленоида
Модуль вектора магнитной индукции 25 Магнитное поле тороида сосредоточено внутри его. Вне тороида поле отсутствует
26
Ампер Андре Мари 27 (1775 – 1836 г. г. ) Великий французский физик и математик Ампер - один из основоположников электродинамики, ввел в физику понятие «электрический ток» и построил первую теорию магнетизма, основанную на гипотезе молекулярных токов и установил количественные соотношения для силы этого взаимодействия. Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества» . Ампер работал также в области механики, теории вероятностей и математического анализа.
Сила Ампера 28 это сила, с которой МП действует на проводник с током. Сила Ампера имеет: 1) модуль Fа, который вычисляют по формуле где α – угол между вектором индукции и направлением тока в проводнике
2. направление в пространстве, которое определяется по правилу левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые четыре пальца были направлены вдоль тока, то отведенный на 90˚ большой палец укажет направление действия силы Ампера. 29
30 Токи противоположны силы Ампера противоположны – проводники отталкиваются Токи сонаправлены – силы Ампера навстречу – проводники притягиваются
Применение силы Ампера 31 В магнитном поле возникает пара сил, момент которых приводит катушку во вращение
Применение силы Ампера 32 Ориентирующее действие МП на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах. Сила, действующая на катушку, прямо пропорциональна силе тока в ней. При большой силе тока катушка поворачивается на больший угол, а вместе с ней и стрелка. Остается проградуировать прибор – т. е. установить каким углам поворота соответствуют известные значения силы тока.
Применение силы Ампера В электродинамическом громкоговорителе (динамике) используется действие магнитного поля постоянного магнита на переменный ток в подвижной катушке. Звуковая катушка 2 располагается в зазоре кольцевого магнита 1. С катушкой жестко связан бумажный конус — диафрагма 3. Диафрагма укреплена на упругих подвесах, позволяющих ей совершать вынужденные колебания вместе с подвижной катушкой. К катушке по проводам 4 подводится переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника, проигрывателя, магнитофона. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны. 33
34
Лоренц Хендрик Антон 35 (1853 – 1928 г. г. ) великий нидерландский физик – теоретик, создатель классической электронной теории Лоренц ввел в электродинамику представления о дискретности электрических зарядов и записал уравнения для электромагнитного поля, созданного отдельными заряженными частицами (уравнения Максвелла – Лоренца); ввел выражение для силы, действующей на движущийся заряд в электромагнитном поле; создал классическую теорию дисперсии света и объяснил расщепление спектральных линий в магнитном поле (эффект Зеемана). Его работы по электродинамике движущихся сред послужили основой для создания специальной теории относительности.
Сила Лоренца 36 это сила, с которой магнитное поле действует на заряженные частицы Модуль силы Лоренца прямо пропорционален: - индукции магнитного поля В (в Тл); - модулю заряда движущейся частицы |q 0| (в Кл); - скорости частицы (в м/с) где угол α – это угол между вектором магнитной индукции и направлением вектора скорости частицы
Направление силы Лоренца 37 Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: левую руку надо расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по направлению движения положительно заряженной частицы (или против отрицательной), тогда отогнутый на 90˚ большой палец покажет направление действия силы Лоренца.
Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле Частица влетает в магнитное поле ll линиям магнитной индукции => α = 0˚ => sin α = 0 => Fл = 0 Если сила, действующая на частицу, = 0, то частица, влетающая в магнитное поле, будет двигаться равномерно и прямолинейно вдоль линий магнитной индукции 38
Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле Если вектор В ┴ вектору скорости , то α = 90˚ => sin α = 1 => В этом случае сила Лоренца максимальна, значит, частица будет двигаться с центростремительным ускорением по окружности 39
Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле 40
Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле 41 1 Вектор скорости нужно разложить на две составляющие: ║ и ┴, т. е. представить сложное движение частицы в виде двух простых: равномерного прямолинейного движения вдоль линий индукции и движения по окружности перпендикулярно линиям индукции – частица движется по спирали.
А) равномерное прямолинейное движение вдоль поля со скоростью Б) равномерного движения по окружности со скоростью 42
В) Радиус винтовой линии Г) Период вращения 43
Шаг винтовой линии (расстояние которое проходит частица вдоль оси винтовой линии за промежуток времени, равный периоду вращения) 44
Применение силы Лоренца 45
46
1. Определить направление силы Ампера: 47 N FA S
2. Определить направление силы Ампера: N FA S 48
3. Определить направление силы Ампера: 49 N S FA
4. Определить направление силы Ампера: 50 FA S N
51 5. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном м. п. при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции. а) уменьшится в 9 раз; б) уменьшится в 3 раза; в) увеличится в 3 раза; г) увеличится в 9 раз
6. Как изменится сила Ампера, 52 действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при уменьшении силы тока в проводнике в 2 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции. а) уменьшится в 2 раза; б) уменьшится в 4 раза; в) увеличится в 2 раза; г) увеличится в 4 раза
7. Проводник с током помещен в магнитное поле с индукцией В. По проводнику течет 53 ток I. Как изменится модуль силы Ампера, если положение проводника относительно магнитных линий изменяется – сначала проводник был расположен параллельно линиям индукции, потом его расположили под углом 300 к линиям индукции, а потом его расположили перпендикулярно линиям индукции. а) модуль силы Ампера возрастал; б) модуль силы Ампера убывал; в) модуль силы Ампера оставался неизменным в течение всего процесса.
8. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном 54 магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и увеличении силы тока в 3 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции. а) уменьшится в 9 раз; б) уменьшится в 3 раза; в) увеличится в 3 раза; г) увеличится в 9 раз.
9. Применяя правило левой руки, определи 55 направление силы, с которой магнитное поле будет действовать на проводник с током. Предполагаемые направления силы Ампера указаны стрелочками. 1 2 3 4 а) 1 б) 2 в) 3 г) 4
10. Применяя правило левой руки, определи направление силы, с которой магнитное поле будет действовать на проводник с током. Предполагаемые направления силы Ампера указаны стрелочками. 3 1 4 2 а) 1 б) 2 в) 3 56 г) 4
11. Применяя правило левой руки, определи направление силы, с которой магнитное поле будет действовать на проводник с током. Предполагаемые направления силы Ампера указаны стрелочками. 3 1 + 2 . 4 а) 1 б) 2 57 в) 3 г) 4
12. Применяя правило левой руки, определи направление силы, с которой магнитное поле будет действовать на проводник с током. Предполагаемые направления силы Ампера указаны стрелочками. 1 2 3 4 а) 1 б) 2 в) 3 58 г) 4
13. Определить положение полюсов магнита, создающего магнитное поле. 59 Fа а) слева – северный полюс; б) слева – южный полюс.
14. Определить положение полюсов магнита, создающего магнитное поле. 60 а) ближе к нам – северный полюс, б) ближе к нам – южный полюс.
61
1. Определите направление действия силы Лоренца 62 1 ▪ 5 х 6 2 4 3 а) 1 г) 4 б) 2 д) 5 в) 3 е) 6
2. Определите направление действия силы Лоренца 1 х 5 63 2 4 3 а) 1 г) 4 б) 2 д) 5 в) 3 е) 6 ▪ 6
3. Определите направление действия силы Лоренца 64 1 2 4 3 а) 1 г) 4 б) 2 д) 5 в) 3 е) 6 х 5 ▪ 6
4. Определите направление действия силы Лоренца 65 1 4 5 3 6 2 а) 1 г) 4 б) 2 д) 5 х в) 3 е) 6 ▪
5. По какой траектории будет двигаться данная частица в магнитном поле? 66 а) по окружности в плоскости чертежа; б) по окружности в плоскости перпендикулярной плоскости чертежа; в) по спирали, плоскость витков которой лежит в плоскости чертежа; г) по спирали, плоскость витков которой перпендикулярна плоскости чертежа; д) по прямой вдоль линий индукции; е) по прямой против линий индукции.
6. По какой траектории будет двигаться данная частица в магнитном поле? 67 а) по окружности в плоскости чертежа; б) по окружности в плоскости перпендикулярной плоскости чертежа; в) по спирали, плоскость витков которой лежит в плоскости чертежа; г) по спирали, плоскость витков которой перпендикулярна плоскости чертежа; д) по прямой вдоль линий индукции; е) по прямой против линий индукции.
7. По какой траектории будет двигаться данная частица в магнитном поле? 68 а) по окружности в плоскости чертежа; б) по окружности в плоскости перпендикулярной плоскости чертежа; в) по спирали, плоскость витков которой лежит в плоскости чертежа; г) по спирали, плоскость витков которой перпендикулярна плоскости чертежа; д) по прямой вдоль линий индукции; е) по прямой против линий индукции.
8. В магнитное поле влетают с одинаковыми скоростями два протона так, как показано 69 на рисунке. Чем будут отличаться траектории их движения? ▪ ▪ ▪ В а) протон 1 будет двигаться по окружности, протон 2 по прямой; б) они будут вращаться по окружности в противоположных направлениях; в) они будут вращаться по окружности в разных плоскостях; г) траектории будут одинаковые.
9. В магнитное поле влетают две частицы с одинаковыми массами. Заряд второй частицы в 2 раза 70 больше, а скорость первой частицы в 2 раза меньше. Одинаковые ли будут радиусы орбит вращения частиц? ▪ ▪ ▪ В а) радиус орбиты второй частицы в 2 раза больше; б) радиус орбиты второй частицы в 4 раза больше; в) радиус орбиты второй частицы в 4 раза меньше; г) радиусы орбит будут одинаковые.
10. В магнитное поле влетают две частицы с одинаковыми массами. Заряд и скорость второй 71 частицы в 4 раза меньше. Одинаковые ли будут радиусы орбит вращения частиц? ▪ ▪ ▪ В а) радиус орбиты второй частицы в 4 раза больше; б) радиус орбиты второй частицы в 4 раза меньше; в) радиус орбиты второй частицы в 16 раз меньше; г) радиусы орбит будут одинаковые.
11. В магнитное поле влетают две частицы с одинаковыми массами. Заряд и скорость второй 72 частицы в 4 раза меньше. Одинаковые ли будут периоды обращения частиц? ▪ ▪ ▪ В а) период обращения второй частицы в 4 раза больше; б) период обращения второй частицы в 4 раза меньше; в) период обращения второй частицы в 16 раз меньше; г) периоды обращения будут одинаковые.
12. В магнитное поле влетают две частицы. Заряд, масса и скорость второй частицы в 2 раза 73 больше. Одинаковые ли будут периоды обращения частиц? ▪ ▪ ▪ В а) период обращения второй частицы в 4 раза больше; б) период обращения второй частицы в 4 раза меньше; в) период обращения второй частицы в 8 раз меньше; г) периоды обращения будут одинаковые.
Магнитные свойства вещества 74 Магнетики – название, применяемое ко всем веществам при рассмотрении их магнитных свойств. Магнитное поле в веществе представляет собой суперпозицию внешнего магнитного поля и магнитного поля, созданного частицами этого вещества. Все тела в магнитном поле намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле.
Магнитная проницаемость вещества 75 Магнитная проницаемость вещества характеризует магнитное поле в веществе и показывает во сколько раз модуль вектора магнитной индукции В магнитного поля в веществе отличается от модуля индукции В 0 того же магнитного поля в вакууме
76 калий, магний, алюминий, платина, растворы некоторых солей Диамагнетики (μ<1) висмут, медь, ртуть, серебро, золото, хлор, инертные газы Модуль индукции Парамагнетики (μ>1) – натрий, магнитного поля в парамагнетике Магнитная проницаемость уменьшается с увеличением температуры магнитного поля в диамагнетике
Ферромагнетики (μ>>1) – железо, кобальт, никель 77 зависимость не линейная Температура Кюри Спин электронов – собственный вращательный момент, Домены Магнитная индукция поля ферромагнетика
