Магнитное поле и его параметры 1 Взаимодействие магнитов

Магнитное поле и его параметры. 1. Взаимодействие магнитов 2. Магнитное поле. Индукция магнитного поля 3. Линии магнитной индукции 4. Сила Лоренца 5. Сила Ампера 6. Магнитный поток 7. Использование электромагнитных явлений. Электромагнит. Электродвигатель

Взаимодействие магнитов • Магнит притягивает железосодержащие предметы: стальные гвозди, скрепки, чугунные трубы, железные опилки. • Концы намагниченных стержней сильнее притягивают железосодержащие предметы; это полюсы магнита.

Взаимодействуя с земным шаром, намагниченный стержень стремится повернуться так, что один из его концов указывает в сторону северного полюса Земли. Этот полюс магнита получил название северного и обозначается на рисунках буквой N. Противоположный конец стержня называется южным магнитным полюсом и обозначается буквой S.

• • Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Поэтому стрелка компаса своим северным полюсом указывает на южный магнитный полюс Земли, лежащий неподалеку от ее северного географического полюса. Силы отталкивания одноименных полюсов двух магнитов, расположенных на неизменном расстоянии, одинаковы и равны по модулю силам притяжения, которые возникают между разноименными полюсами тех же магнитов.

Железосодержащие стержни при трении или контакте с магнитом намагничиваются. Например, если иголка полежит рядом с магнитом, то она начинает самостоятельно притягивать другую иголку.

Если изготовить несколько одинаковых тонких постоянных магнитов и собрать их, как показано на рисунке, то сила действия собранного магнита на магнитный полюс другого магнита пропорциональна числу магнитов в пучке - принцип суперпозиции при взаимодействии магнитов.

Магнитное поле. Индукция магнитного поля Как электростатическое, так и магнитное поле неощутимо органами чувств человека, но его наличие можно зарегистрировать с помощью простейшего устройства – легкой магнитной стрелки, насаженной на ось, т. е. с помощью компаса. Ориентирующее действие на стрелку компаса оказывает и электрический ток, протекающий по проводнику

Из третьего закона Ньютона следует: с какой силой проводник с электрическим током действует на стрелку, с такой же по модулю силой и стрелка действует на провод с током. Поэтому если взять тяжелый магнит и легкую катушку с большим количеством витков, то катушка с током начинает двигаться относительно магнита. Действие постоянных магнитов – это совокупное действие молекулярных токов в веществе (электронов, движущихся по орбитам в молекулах).

Магнитное поле может оказывать разнообразные воздействия на другие физические объекты, оказавшиеся в этом поле. Механическое действие, которое магнитное поле оказывает на другие тела, можно характеризовать вектором силы, а само поле – векторной физической величиной, называемой магнитной индукцией, которая позволяет определить эту силу. Магнитная индукция обозначается буквой В, измеряется в теслах (Тл).

Направление вектора магнитной индукции задается направлением магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Оно совпадает с направлением, которое указывает северный полюс стрелки

Будем считать, что в данной точке пространства модуль векторы магнитной индукции равен 1 Тесла (1 Тл), если в этой точке на проводник с током, расположенный перпендикулярно направлению вектора (при другой ориентации сила будет меньше), при силе тока, равной 1 А на единицу длины проводника (1 м), действует сила, равная 1 Н.

Принцип суперпозиции позволяет складывать вектора магнитной индукции и магнитных полей, созданных разными источниками, по правилам сложения векторов.

Линии магнитной индукции Магнитные стрелки можно заменить железными опилками, которые намагничиваются в поле данного магнита и становятся маленькими стрелками. (На картон, который кладут на магнит, насыпают опилки. При легком потряхивании картона опилки хорошо ориентируются. ) Поле, в каждой точке которого вектор магнитной индукции постоянен по величине и направлению, называют однородным. На рисунке приведены способы изображения силовых линий однородного магнитного поля, направленного вправо (а), влево (б), в плоскость листа от нас (в) и из него к нам (г).

• Источником магнитного поля являются не только постоянные магниты, но и проводники с током. • Картина силовых линий магнитного поля, созданного постоянным подковообразным магнитом (а), прямым проводом с током (б) и проволочным кольцом (в), по которому течет ток, показана на рисунке. • Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии. Во внешнем пространстве постоянных магнитов они идут от северного полюса к южному. • Направление силовых линий вокруг прямолинейного провода с током определяется по правилу буравчика (правовращающий винт, штопор): если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Сила Лоренца Если электрическое поле действует и на движущийся, и на покоящийся заряд, то магнитное поле постоянного магнита действует только на движущийся заряд. Силой Лоренца называют силу, действующую в магнитном поле на электрический заряд q, движущийся в пространстве со скоростью. Ее направление в случае, когда заряд положительный и движется перпендикулярно вектору магнитной индукции, определяется по правилу левой руки

Сила Ампера – сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Если проводник с током длиной l расположить над ладонью левой руки так, чтобы вектор магнитной индукции был перпендикулярен ему и входил в ладонь, а четыре пальца руки расположить по направлению тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера. Направление силы Ампера совпадает с направлением силы Лоренца, если считать, что положительные частицы движутся в направлении протекания тока

Магнитный поток Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину Φ = B · S · cos α, где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м 2: 1 Вб = 1 Тл · 1 м 2.

Использование электромагнитных явлений. Электромагнит. Электродвигатель В технике создают и регулируют магнитное поле с помощью проводников, по которым течет электрический ток. Электромагниты в виде катушек с сердечником используются в электромеханическом реле для дистанционного выключения электрических цепей, магнитном подъемном кране, где магнитное поле действует на намагничивающиеся материалы или частицы. Взаимодействие электромагнита с полем постоянного магнита позволило создать всевозможные электроизмерительные приборы, наушники, звуковые динамики и т. д.

Простейшей моделью электродвигателя будет рамка, по которой течет ток, помещенная между полюсами постоянного магнита