Меню

Как показать направление тока в витках проволоки

Магнитное поле и его характеристики

теория по физике 🧲 магнетизм

Магнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими частицами.

Основные свойства магнитного поля

  • Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
  • Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).
  • Магнитное поле существует независимо от нас, от наших знаний о нем.

Вектор магнитной индукции

Вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью. Обозначается как → B . Единица измерения — Тесла (Тл).

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равна 1 Н. 1 Н/(А∙м) = 1 Тл.

Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:

B = F A m a x I l . .

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

Особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Поэтому магнитное поле — вихревое поле.

Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобным электрическим, в природе нет.

Напряженность магнитного поля

Вектор напряженности магнитного поля — характеристика магнитного поля, определяющая густоту силовых линий (линий магнитной индукции). Обозначается как → H . Единица измерения — А/м.

μ — магнитная проницаемость среды (у воздуха она равна 1), μ 0 — магнитная постоянная, равная 4 π · 10 − 7 Гн/м.

Внимание! Направление напряженности всегда совпадает с направлением вектора магнитной индукции: → H ↑↑ → B .

Направление вектора магнитной индукции и способы его определения

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции, нужно:

  1. Расположить в магнитном поле компас.
  2. Дождаться, когда магнитная стрелка займет устойчивое положение.
  3. Принять за направление вектора магнитной индукции направление стрелки компаса «север».

В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции выходит из северного полюса:

При определении направления вектора магнитной индукции с помощью витка с током следует применять правило буравчика:

При вкручивании острия буравчика вдоль направления тока рукоятка будет вращаться по направлению вектора → B магнитной индукции.

Отсюда следует, что:

  • Если по витку ток идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B направлен вверх.

  • Если по витку ток идет по часовой стрелке, то вектор магнитной индукции → B направлен вниз.

Способы обозначения направлений векторов:

Вверх
Вниз
Влево
Вправо
На нас перпендикулярно плоскости чертежа
От нас перпендикулярно плоскости чертежа

Пример №1. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор магнитной индукции в точке С?

Если мысленно начать вкручивать острие буравчика по направлению тока, то окажется, что вектор магнитной индукции в точке С будет направлен к нам — к наблюдателю.

Магнитное поле прямолинейного тока

Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружностей совпадает с осью проводника.

Если ток идет вверх, то силовые линии направлены против часовой стрелки. Если вниз, то они направлены по часовой стрелке. Их направление можно определить с помощью правила буравчика или правила правой руки:

Правило буравчика (правой руки)

Если большой палец правой руки, отклоненный на 90 градусов, направить в сторону тока в проводнике, то остальные 4 пальца покажут направление линий магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции на расстоянии r от оси проводника:

B = μ μ 0 I 2 π r . .

Магнитное поле кругового тока

Силовые линии представляют собой окружности, опоясывающие круговой ток. Вектор магнитной индукции в центре витка направлен вверх, если ток идет против часовой стрелки, и вниз, если по часовой стрелке.

Определить направление силовых линий магнитного поля витка с током можно также с помощью правила правой руки:

Если расположить четыре пальца правой руки по направлению тока в витке, то отклоненный на 90 градусов большой палец, покажет направление вектора магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции в центре витка, радиус которого равен R:

Модуль напряженности в центре витка:

Пример №2. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. Точка А находится на горизонтальной прямой, проходящей через центр витка. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо) вектор магнитной индукции магнитного поля в точке А?

Если мысленно обхватить виток так, чтобы четыре пальца правой руки были бы направлены в сторону тока, то отклоненный на 90 градусов большой палец правой руки показал бы, что вектор магнитной индукции в точке А направлен вправо.

Магнитное поле электромагнита (соленоида)

Соленоид — это катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра.

Число витков в соленоиде N определяется формулой:

l — длина соленоида, d — диаметр проволоки.

Линии магнитной индукции являются замкнутыми, причем внутри соленоида они располагаются параллельно друг другу. Поле внутри соленоида однородно.

Если ток по виткам соленоида идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B внутри соленоида направлен вверх, если по часовой стрелке, то вниз. Для определения направления линий магнитной индукции можно воспользоваться правилом правой руки для витка с током.

Модуль вектора магнитной индукции в центральной области соленоида:

B = μ μ 0 I N l . . = μ μ 0 I d . .

Модуль напряженности магнитного поля в центральной части соленоида:

H = I N l . . = I d . .

Алгоритм определения полярности электромагнита

  1. Определить полярность источника.
  2. Указать на витках электромагнита условное направление тока (от «+» источника к «–»).
  3. Определить направление вектора магнитной индукции.
  4. Определить полюса электромагнита. Там, откуда выходят линии магнитной индукции, располагается северный полюс электромагнита (N, или «–». С противоположной стороны — южный (S, или «+»).

Пример №3. Через соленоид пропускают ток. Определите полюсы катушки.

Ток условно течет от положительного полюса источника тока к отрицательному. Следовательно, ток течет по виткам от точки А к точке В. Мысленно обхватив соленоид пальцами правой руки так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках соленоида, отставим большой палец на угол 90 градусов. Он покажет направление линий магнитной индукции внутри соленоида. Проделав это, увидим, что линии магнитной индукции направлены вправо. Следовательно, они выходят из В, который будет являться северным полюсом. Тогда А будет являться южным полюсом.

На рисунке изображён круглый проволочный виток, по которому течёт электрический ток. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен

а) вертикально вверх в плоскости витка

б) вертикально вниз в плоскости витка

Читайте также:  Как найти мощность тока физика 8 класс

в) вправо перпендикулярно плоскости витка

г) влево перпендикулярно плоскости витка

Алгоритм решения

Решение

По условию задачи мы имеем дело с круглым проволочным витком. Поэтому для определения вектора → B магнитной индукции мы будем использовать правило правой руки.

Чтобы применить это правило, нам нужно знать направление течение тока в проводнике. Условно ток течет от положительного полюса источника к отрицательному. Следовательно, на рисунке ток течет по витку в направлении хода часовой стрелки.

Теперь можем применить правило правой руки. Для этого мысленно направим четыре пальца правой руки в направлении тока в проволочном витке. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает относительно рисунка влево. Это и есть направление вектора магнитной индукции.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Магнитная стрелка компаса зафиксирована на оси (северный полюс затемнён, см. рисунок). К компасу поднесли сильный постоянный полосовой магнит и освободили стрелку. В каком положении установится стрелка?

а) повернётся на 180°

б) повернётся на 90° по часовой стрелке

в) повернётся на 90° против часовой стрелки

г) останется в прежнем положении

Алгоритм решения

  1. Вспомнить, как взаимодействуют магниты.
  2. Определить исходное положение полюсов.
  3. Определить конечное положение полюсов и установить, как изменится положение магнитной стрелки.

Решение

Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются. Изначально южный полюс магнитной стрелки находится справа, а северный — слева. Полосовой магнит подносят к ее южному полюсу северной стороной. Поскольку это разноименные полюса, положение магнитной стрелки не изменится.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Непосредственно над неподвижно закреплённой проволочной катушкой вдоль её оси на пружине подвешен полосовой магнит (см. рисунок). Куда начнёт двигаться магнит сразу после замыкания ключа? Ответ поясните, указав, какие физические явления и законы Вы использовали для объяснения.

Алгоритм решения

  1. Определить направление тока в соленоиде.
  2. Определить полюса соленоида.
  3. Установить, как будет взаимодействовать соленоид с магнитом.
  4. Установить, как будет себя вести магнит после замыкания электрической цепи.

Решение

Чтобы определить направление тока в соленоиде, посмотрим на расположение полюсов источника тока. Ток условно направлен от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, относительно рисунка ток в витках соленоида направлен по часовой стрелке.

Зная направление тока в соленоиде, можно определить его полюса. Северным будет тот полюс, из которого выходят линии магнитной индукции. Определить их направление поможет правило правой руки для соленоида. Мысленно обхватим соленоид так, чтобы направление четырех пальцев правой руки совпадало с направлением тока в витках соленоида. Теперь отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление вектора магнитной индукции. Проделав все манипуляции, получим, что вектор магнитной индукции направлен вниз. Следовательно, внизу соленоида расположен северный полюс, а вверху — южный.

Известно, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Подвешенный полосовой магнит обращен к южному полюсу соленоида северным полюсом. А это значит, что при замыкании электрической цепи он будет растягивать пружину, притягиваясь к соленоиду (двигаться вниз).

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Источник

Электромагнетизм. Лабораторная работа №2

Лабораторные работы по электромагнетизму

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с одним из основных методов определения напряженности магнитного поля Земли.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ

З емля представляет собой шаровой магнит, создающий в окружающем пространстве магнитное поле. Количественной характеристикой магнитного поля, не зависящей от свойств среды, является векторная величина – напряженность магнитного поля.

Рис. 1

Вертикальная плоскость, в которой лежит вектор напряженности магнитного поля Земли, называется плоскостью магнитного меридиана. Она не совпадает с плоскостью географического меридиана (рис. 1).

В плоскости геомагнитного меридиана напряженность магнитного поля Земли можно разложить на горизонтальную НГ и вертикальную НВ составляющие. Угол i между направлением и НГ называется магнитным наклонением, а угол между плоскостями географического и геомагнитного меридианов – магнитным склонением.

В Международной системе единиц СИ единицей напряженности магнитного поля является ампер-на-метр (А/м). Напряженность постоянного поля Земли меняется от 33,4 до 55,7 А/м. Наибольшей величины поле Н достигает вблизи магнитных полюсов (НХ=0), а наименьшего – у экватора (НВ=0).

Так как дипольный магнитный момент Земли образует с ее осью вращения угол 11,5 0 , то магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими. Происхождение постоянного магнитного поля Земли, составляющего около 99% от полного поля и подверженное очень медленным изменениям, объясняется процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. Переменное геомагнитное поле (около 1% от полного) порождается движением заряженных частиц в магнитосфере и ионосфере.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Магнитометр, используемый в данной работе и называемый тангенс-бусссолью, содержит N витков проволоки, последовательно обтекаемых током I, и короткую магнитную стрелку, которую помещают в центре витков.

Известно, что напряженность магнитного поля в вакууме в центре кругового тока I радиусом r равна

.

Направлен вектор напряженности перпендикулярно плоскости витка. Так как векторы напряженностей отдельных витков направлены одинаково, то напряженность магнитного поля всех витков определяется как

. (1)

Магнитная стрелка тангенс-буссоли может вращаться только вокруг вертикальной оси. Под действием магнитного поля Земли стрелка занимает положение устойчивого равновесия, располагаясь в плоскости геомагнитного меридиана (рис. 2). Если в этой же плоскости расположить витки проволоки тангенс-буссоли и включить ток, протекающий через витки, то появится магнитное поле тока, направление напряженности которого окажется перпендикулярным направлению вектора . В соответствии с принципом суперпозиции напряженность полного магнитного поля равна

.

Магнитная стрелка станет занимать новое положение равновесия, в котором её направление совпадает с направле-нием . Поворот магнитной стрелки на угол (рис. 2) определим из соотношения

. (2)

Экспериментальная установка, принципиальная схема которой показана на рис. 3, состоит из тангенс-буссоли ТБ, миллиамперметра мА, переключателя S, реостата RОГР, потенциометра R, подключенного к источнику постоянного тока ИП.

Сила тока в витках буссоли измеряется миллиамперметром мА. Зная силу тока, по формуле (1) можно определить напряженность магнитного поля НБ. Сила тока в тангенс-буссоли изменяется с помощью потенциометра R.

П ри изменении силы тока происходит изменение магнитного поля НБ, а следовательно, и угла поворота стрелки . Используя формулу (2), находим величину гори-зонтальной составляющей магнитного поля Земли. Реостат ROГР служит для ограничения тока в элек-трической цепи с целью защиты.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Соберите экспериментальную установку с учетом схемы на рис. 3. Тангенс-буссоль следует поместить возможно дальше от железных предметов и конструкций.

2. Расположите плоскость витков тангенс-буссоли параллельно направлению магнитной стрелки.

3. Установите ручку потенциометра R в крайнее положение, вращая ее против часовой стрелки.

4. Включите источник тока.

5. При крайнем левом положении переключателя S поверните ручку регулировки R так, чтобы в цепи тангенс-буссоли протекал ток силой I1=20 мА. Измерить при этом значение угла  , на который повернется магнитная стрелка.

6. Переводом переключателя S в крайнее правое положение изменить направление тока в цепи и установив то же значение тока 20 мА, измерить отклонение стрелки в другую сторону . Найти среднее значение угла

.

7. Провести измерения углов  и  для других значений тока Ii : 40, 60, 80, 100 мА. Результаты занести в таблицу.

Читайте также:  Схемы управлением двигателем постоянного тока

Сила Угол отклонен.

мА HБ tg tg 2 НГtg

8. Измерив радиус витков буссоли по формуле (1), вычислить напряженность магнитного поля НБ.

9. Полученные результаты позволяют по формуле (2) определить горизонтальную составляющую магнитного поля Земли НГ. Для этого построить на диаграмме tgНБ экспериментальную зависимость. Через полученные точки провести прямую, тангенс угла наклона которой будет равен горизонтальной составляющей НГ.

10. Оценить погрешности метода измерений по приближенной формуле

,

где НБ и  – абсолютные погрешности при измерении магнитного поля буссоли и угла отклонения магнитной стрелки.

1. Что является источником магнитного поля?

2. Что является источником магнитного поля Земли?

3. Какими характеристиками описываются магнитные поля?

4. Изобразить силовые магнитные линии для прямого проводника с током и для катушки.

5. Что такое магнитный полюс Земли? Нарисовать силовые магнитные линии Земли. Отличается ли магнитный полюс Земли от географического?

6. Указать связь между напряженностью и индукцией магнитного поля.

7. Какие значения может принимать напряженность магнитного поля Земли?

8. Что такое магнитные наклонение и склонение?

9. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа.

10. В чем заключается принцип суперпозиции магнитных полей?

11. Что такое постоянный магнит?

12. Объясните понятие «полюса магнита». Как различить «северный» и «южный» полюса магнита? Может ли быть магнит однополюсным?

13. Как поведет себя магнитная стрелка компаса на одном из магнитных полюсов Земли?

14. Как определить вращающий момент, действующий на стрелку?

15. Объясните вывод расчетной формулы.

16. Опишите принцип действия данной установки.

17. Опишите устройство тангенс-буссоли в установке.

18. Что представляет собой магнитная стрелка компаса?

19. Как влияет сила тока в катушке буссоли на поворот магнитной стрелки?

20. Каких размеров должна быть магнитная стрелка и в каком месте катушки она должна быть расположена?

21. Из какого материала должна быть изготовлена магнитная стрелка?

22. Как нужно соориентировать магнитную стрелку в катушке до включения тока?

23. Какое направление будет показывать магнитная стрелка, если от нее отрезать ровно половину?

24. Может ли магнитная стрелка при включении тока повернуться на 90 0 , на 180 0 ?

25. От чего зависит величина и направление магнитного поля в катушке?

26. Каким должен быть ток в катушке: постоянным или переменным?

27. Для чего в эксперименте меняют направление тока в катушке?

28. Как уменьшить систематическую погрешность измерений?

29. Оцените точность измерений магнитного поля Земли.

30. Придумайте еще какой-нибудь метод для определения магнитного поля Земли.

Источник

Направление тока и линий его магнитного поля. Правило буравчика

Урок 34. Физика 9 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Направление тока и линий его магнитного поля. Правило буравчика»

Исследования Ампера…

принадлежат к числу самых

блестящих работ, которые

проведены когда-либо в науке.

Джеймса Клерка Максвелла

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Замкнутость линий магнитного поля представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.

За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

Теперь разберём, от чего зависит направление линий магнитного поля тока более подробно.

Известно, что для получения спектра магнитного поля прямого проводника с током, его можно пропустить через лист картона, а на картон насыпать железные опилки. Под действием магнитного поля железные опилки располагаются по концентрическим окружностям. Поместим вдоль линий магнитного поля магнитные стрелки.

На рисунке показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, перпендикулярного плоскости чертежа. Если изменить направление тока в проводнике, то можно увидеть, что изменение направления тока приводит к повороту всех магнитных стрелок на 180 0 . Причем оси стрелок располагаются по касательной к магнитным линиям.

Т.о. можно сделать вывод, что направление линий магнитного поля будет зависеть от направления тока в проводнике.

Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называют правилом буравчика (или правилом правого винта).

Правило буравчика заключается в следующем: если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитного поля тока.

С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля — направление тока, создающего это поле.

Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют правилом правой руки.

Соленоид — это катушка цилиндрической формы из проволоки, витки которой намотаны вплотную друг к другу в одном направлении, а длина катушки значительно больше радиуса витка. Магнитное поле соленоида можно представить как результат сложения полей, создаваемых несколькими круговыми токами, имеющими общую ось.

На рисунке видно, что внутри соленоида линии магнитного поля каждого отдельного витка имеют одинаковое направление, тогда как между соседними витками они имеют противоположное направление. Поэтому, при достаточно плотной намотке соленоида, противоположно направленные участки линий магнитного поля соседних витков взаимно уничтожаться, а одинаково направленные участки сольются в общую линию.

Изучение этого поля с помощью железных опилок показало, что внутри соленоида магнитные линии поля представляют собой прямые, параллельные оси соленоида, которые расходятся на его концах и замыкаются вне соленоида.

Зная направление тока в витке, полюсы соленоида можно определить с помощью правила правой руки: если обхватить соленоид, ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре одиночного витка с током.

Из курса физики 8 класса известно, что 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 показать с помощью установки. Проволочная трехсторонняя рамка ABCD подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали.

Сторона ВС находится в области наиболее сильного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами. Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и сторона ВС втягивается в пространство между полюсами.

Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник ВС двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Таким образом, магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Если изменить направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнездах изолирующего штатива, то, при этом, изменится и направление движения проводника, а значит, и направление действующей на него силы.

Читайте также:  Проводит ли ток пластиковая бутылка

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, которое заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Пользуясь правилом левой руки, следует помнить, что за направление тока во внешней части электрической цепи (т. е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи.

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.

Следует отметить, что сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей.

Основные выводы:

– Направление линий магнитного поля будет зависеть от направления тока в проводнике.

– Эта связь может быть выражена с помощью правила буравчика (или правила правого винта): если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитного поля тока.

– Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться правилом правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

– Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле. Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Источник



Магнитное поле витка (8 класс)

На прошлом занятии мы увидели, как возникает магнитное поле вокруг прямого провода с током. Мы определили, что силовые линии поля в таком случае представляют собой окружности, охватывающие проводник.

У этой конфигурации есть два существенных недостатка. Во-первых, ее неудобно использовать на практике. Во-вторых, возникающее поле слабое, и по проводнику требуется пропускать значительный ток.

Чтобы решить данные проблемы, попробуем согнуть наш провод, чтобы он превратился в виток с током. Какие изменения произойдут?

Самое главное, что мы сразу увидели — то, что круговые поля от отдельных фрагментов провода сложились внутри витка, образовав поле единого направления. При этом, как можно увидеть, направления тока и магнитного поля тоже взаимосвязаны — при изменении тока на противоположное магнитное поле тоже меняет направление.

Итак, мы уже видим первые преимущества витка с током. Во-первых, его удобно конструировать — он занимает мало места. Во-вторых, магнитное поле можно легко включить и выключить. В-третьих, направление магнитного поля легко изменить на противоположное.

А что будет, если сделать не один виток, а много? На одном витке мы увидели, что отдельные поля складываются. Значит, если у нас будет много витков (то есть, катушка), то поля от каждого витка просуммируются, образовав достаточно сильное магнитное поле. На профессиональном языке такую конструкцию называют соленоидом.

Заметим два важных момента.

Первое: при увеличении количества витков катушки мы, очевидно, усиливаем магнитное поле. Другими словами, мы можем варьировать поле, изменяя витки в катушке. Таким способом можно создавать самые разные катушки — от очень слабых до весьма мощных.

Второе: мы можем менять поле в катушке, если будем регулировать ток в ней. Например, это можно делать с помощью реостата.

Разберемся, как определять, куда направлено магнитное поле соленоида. Для этого нам пригодятся уже известные нам правила буравчика и правой руки, только в несколько иной форме.

Правило буравчика:

Если расположить ось буравчика перпендикулярно плоскости кольцевого проводника или вдоль оси соленоида и вращать его рукоятку по направлению тока, то поступательное движение этого буравчика укажет направление магнитных линий поля кольца или соленоида.

Правило правой руки:

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Еще один способ значительно увеличить магнитное поле катушки — это вставить внутрь нее железный стержень. Такая конструкция называется электромагнитом и находит широкое применение в самых разных областях. На заводе с его помощью можно перевозить стальные заготовки. Электромагнитом собирают металлолом. В подъездах они удерживают запертую дверь. Школьный звонок тоже содержит электромагнит, который включается и выключается с большой частотой.

Прежде, чем понять, как железо усиливает магнитное поле, мы должны разобраться с постоянными магнитами. Так называются тела из железа и его сплавов, которые непрерывно создают магнитное поле вокруг себя. Как же такое возможно?

Вспомним утверждение из прошлого занятия: магнитное поле неразрывно связано с движением электрических зарядов. Если вокруг постоянного магнита есть поле, то где же здесь движущиеся заряды?

Разгадка проста: электроны в атомах, движущиеся по своим орбитам, тоже представляют собой витки с током, хоть и микроскопические. Однако в железе их огромное количество, и если все сонаправлены, то они и создают постоянное магнитное поле. Такую модель магнетизма используют в классической физике.

Вернемся теперь обратно к электромагниту. Мы вставляем в катушку ненамагниченный стержень, и это вызывает усиление магнитного поля. Почему?

В железе, как мы уже сказали, имеется множество микроскопических витков с током. Но в обычном веществе они направлены хаотично, так что в сумме поле равно нулю. Если мы приложим внешнее поле от катушки, то они, словно «солдаты», повернутся в одну сторону. При этом к полю катушки добавится еще поле самого вещества, значительно увеличив его.

Кстати, именно таким способом и изготавливают постоянные магниты. Нагретое железо помещают внутрь мощного электромагнита, так что все микроскопические витки ориентируются в одну сторону. При остывании вещества они навсегда остаются в таком положении — так мы и получаем привычные нам магниты.

Источник