Лекция 8 Магнитное поле Историческая справка Самые

Лекция 8. Магнитное поле

Историческая справка Самые старые свидетельства о знакомстве людей с магнитами пришли из Центральной Америки. В гватемальском городке Демокрасия стоит дюжина фигур, найденных при раскопках городища ольмеков. «Толстые мальчики» , как их называли за округлость и массивность, более трех тысяч лет назад высечены из глыб магнитной породы. Магнитные силовые линии как бы выходят из живота «толстяков» ! Ольмеки умели высекать фигуры морских черепах с намагниченной головой, связывая способность черепах находить курс в открытом море со свойствами магнита ориентироваться в магнитном поле Земли. Природные магниты - это кусочки магнитного железняка – магнетита (31% Fe. O и 69% Fe 2 O 3), не везде назывались магнитами: китайцы называли его чу-ши; греки – адамас и каламита, геркулесов камень; французы – айман; индусы – тхумбака; египтяне – кость Ора, испанцы – пьедрамант; немцы – магнесс и зигельштейн; англичане – лоудстоун. В. Карцев. .

Магнитное поле Силовые линии магнитного поля, созданного намагниченным стержнем и полученные с помощью железных опилок. Вокруг проводников с током и постоянных магнитов существует магнитное поле, выявляемое по силовому действию на другие проводники с током и постоянные магниты.

До опытов Ампера, Эрстеда и Фарадея (1819 -1832): магнетизм – совокупность явлений, связанных со свойствами природных магнитов и магнитного поля Земли (создание компаса). 2 4

Опыты Эрстеда (1820) Профессор химии Копенгагенского университета Эрстед случайно открыл действие электрического тока на магнитную стрелку. Для по демонстрации опытов электричеству на столе были приготовлены источник тока, провод, замыкающий его, зажимы, а также компас. Когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и поворачивалась. При размыкании цепи стрелка возвращалась в исходное положение. Это было первое экспериментальное подтверждение связи электричества и магнетизма. Он обнаружил, что "магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него", ведь сила действующая между магнитом и проволокой, была направлена не по прямой, соединяющей их, а ей перпендикулярно!

Опыты Ампера (1820) После заседании Академии, где сообщалось об открытии Г. Эрстедом действия эл. тока на магнитную стрелку, Ампер через несколько дней представил Академии результаты: правило для определения направления, в котором отклоняется стрелка вблизи проводника с током. Токи, текущие в одном направлении притягиваются, в разных – отталкиваются. Действие постоянных магнитов Ампер объяснял кольцевыми токами микроскопического масштаба в материале. После открытия электрона через 100 лет гипотеза Ампера была подтверждена. 3 6

Магнитное поле Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего пространства – создают магнитное поле. В магнитном поле на движущиеся заряды (токи, контуры с током) действуют силы. Исторически индикатором М-поля считается магнитная стрелка. Количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B - аналог вектора напряженности для электрического поля. Индукцио (лат. – наведение) 4 7

Магнитная индукция 5 Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля. Сила, действующая на единичный положительный заряд, двигающийся со скоростью 1 м/с, перпендикулярно линиям магнитной индукции (сила Лоренца). Сила, действующая на проводник с током длиной 1 м с током величиной 1 А, текущим перпендикулярно линиям магнитной индукции (сила Ампера). Максимальный вращающий момент, действующий на пробный контур (I=1 А, S=1 м 2) в магнитном поле, достигается при повороте на 90° из положения равновесия вокруг оси перпендикулярной направлению нормали. Вектор В=Мmах/IS и направлен вдоль магнитной силовой линии. 8

Принцип суперпозиции магнитного поля Магнитная индукция результирующего поля равна векторной сумме индукций отдельных контуров с током. Графическое представление магнитного поля Линии индукции – линии, касательные к которым направлены также как и вектор магнитной индукции в данной точке поля. 6 9

Графическое представление магнитного поля Магнитносиловые линии в опытах с магнитными опилками Эрстеда и Био постоянного магнита проволочного витка 7 катушки с током 10

Свойства линий индукции магнитного поля - Линии магнитного поля нигде не начинаются и нигде не заканчиваются. Магнитное поле является вихревым. -Густота линий пропорциональна модулю магнитной индукции. -- Направление линий индукции определяется по правилу буравчика (правого винта): 8 11

Сила Лоренца Сила, действующая на движущийся заряд в электромагнитном поле, зависит от величины заряда и от его скорости: Различают электрическую составляющую силы. 9 и магнитную 12

Направление силы Лоренца (магнитной силы) определяется по правилу левой руки. Вектор силы всегда перпендикулярен направлению скорости, → магнитная сила не совершает работы, т. е. энергия частицы, движущейся в постоянном магнитном поле, остается постоянной (υ=const). 10 Правая тройка векторов (B, F, υ). 13

Сила Ампера Сила, действующая на элемент проводника с током – Сила Ампера: Сила взаимодействия проводников с током конечных размеров складывается из взаимодействия отдельных элементов тока. 11 14

Магнитное поле движущегося заряда Движущийся заряд индукция которого (опытный факт): создает магнитное поле, вычисляется по формуле - вектор, проведенный от заряда в точку, в которой определяется магнитная индукция, - магнитная постоянная, - скорость движения заряда. 12 15

Закон Био-Савара-Лапласа 1820 г. – исследования Био и Савара по взаимодействию проводников с током, Лаплас проанализировал их данные и установил закон, по которому рассчитывается магнитная индукция элемента проводника с током - вектор, совпадающий с элементом тока, и направленный в ту же сторону, куда течет ток. 13 16

Магнитное поле прямого бесконечного тока 14 17

Магнитное поле прямого тока Для бесконечного проводника: Для отрезка проводника с током: 15 18

Магнитное поле кругового тока 16 19