Если силовые линии параллельны и густота их одинакова то магнитное поле: Сообщество Экспонента

Что такое силовые линии магнитного поля. Магнитное поле

Без сомнения, силовые линии магнитного поля сейчас известны всем. По крайней мере, еще в школе их проявление демонстрируют на уроках физики. Помните, как учитель под листом бумаги размещал постоянный магнит (или даже два, комбинируя ориентированность их полюсов), а сверху него насыпал металлические опилки, взятые в кабинете трудового обучения? Вполне понятно, что металл должен был удерживаться на листе, однако наблюдалось нечто странное — четко прослеживались линии, вдоль которых выстраивались опилки. Заметьте — не равномерно, а полосами. Это и есть силовые линии магнитного поля. Вернее, их проявление. Что же происходило тогда и как можно объяснить?

Начнем издалека. Вместе с нами в физическом мире видимом сосуществует особый вид материи — магнитное поле. Оно обеспечивает взаимодействие движущихся элементарных частиц или более крупных тел, обладающих электрическим зарядом или естественным Электрические и не только взаимосвязаны друг с другом, но и часто порождают сами себя. К примеру, провод, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя линии магнитного поля. Верно и обратное: воздействие переменных магнитных полей на замкнутый проводящий контур создает в нем движение носителей заряда. Последнее свойство применяется в генераторах, поставляющих электрическую энергию всем потребителям. Яркий пример электромагнитных полей — свет.

Силовые линии магнитного поля вокруг проводника вращаются или, что также верно, характеризуются направленным вектором магнитной индукции. Направление вращения определяют по правилу буравчика. Указываемые линии — условность, так как поле распространяется равномерно во все стороны. Все дело в том, что оно может быть представлено в виде бесконечного количества линий, некоторые из которых обладают более ярко выраженной напряженностью. Именно поэтому в и опилками четко прослеживаются некие «линии». Что интересно, силовые линии магнитного поля никогда не прерываются, поэтому нельзя однозначно сказать, где начало, а где конец.

В случае постоянного магнита (или подобного ему электромагнита), всегда есть два полюса, получившие условные названия Северного и Южного. Упомянутые линии в этом случае — это кольца и овалы, соединяющие оба полюса. Иногда это описывается с точки зрения взаимодействующих монополей, однако тогда возникает противоречие, согласно которому нельзя разделить монополя. То есть любая попытка деления магнита приведет к появлению нескольких двухполюсных частей.

Огромный интерес представляют свойства силовых линий. О непрерывности мы уже говорили, однако практический интерес представляет способность создавать в проводнике следствием которой является электрический ток. Смысл этого заключается в следующем: если проводящий контур пересекают линии (или сам проводник движется в магнитном поле), то электронам на внешних орбитах атомов материала сообщается дополнительная энергия, позволяющая им начинать самостоятельное направленное движение. Можно сказать, что магнитное поле словно «выбивает» заряженные частицы из кристаллической решетки. Данное явление получило название электромагнитной индукции и в настоящий момент является основным способом получения первичной электрической энергии. Оно было открыто опытным путем в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем.

Изучение магнитных полей началось еще в 1269 году, когда П. Перегрин обнаружил взаимодействие шарообразного магнита со стальными иглами. Почти через 300 лет У. Г. Колчестер предположил, что сам является огромным магнитом, обладающим двумя полюсами. Далее магнитные явления изучали такие известные ученые, как Лоренц, Максвелл, Ампер, Эйнштейн и пр.

> Линии магнитного поля

Как определить силовые линии магнитного поля
: схема силы и направлений линий магнитного поля, использование компаса для определения магнитных полюсов, рисунок.

Линии магнитного поля
полезны для визуального отображения силы и направления магнитного поля.

Задача обучения

• Соотнести силы магнитного поля с плотностью линий магнитного поля.

Основные пункты

• Направление магнитного поля отображает стрелки компаса, касающиеся линий магнитного поля в любой указанной точке.
• Сила В-поля выступает обратно пропорциональной дистанции между линиями. Она также точно пропорциональна числу линий на единицу площади. Одна линия никогда не пересекает другую.
• Магнитное поле уникально в каждой точке пространства.
• Линии не прерываются и создают замкнутые петли.
• Линии тянутся с северного к южному полюсу.

Термины

• Линии магнитного поля – графическое изображение величины и направления магнитного поля.
• В-поле – синоним для магнитного поля.

Линии магнитного поля

Говорят, что в детстве Альберт Эйнштейн обожал разглядывать компас, размышляя о том, как игла ощущает силу без прямого физического контакт. Глубокое мышление и серьезный интерес, привели к тому, что ребенок вырос и создал свою революционную теорию относительности.

Так как магнитные силы влияют на удаленности, мы вычисляем магнитное поля для отображения этих сил. Графическая передача линий полезна для визуализации силы и направления магнитного поля. Вытянутость линий указывает на северную ориентацию стрелки компаса. Магнитное именуют В-полем.

(а) – Если для сопоставления магнитного поля вокруг стержневого магнита используют небольшой компас, то он покажет нужное направление от северного полюса к южному. (b) – Добавление стрелок создает непрерывные линии магнитного поля. Сила выступает пропорциональной близости линий. (с) – Если можно изучить внутренность магнита, то линии отобразятся в виде замкнутых петель

Нет ничего сложного в сопоставлении магнитного поля объекта. Для начала вычислите силу и направление магнитного поля в нескольких местах. Отметьте эти точки векторами, указывающими в направлении локального магнитного поля с величиной, пропорциональной его силе. Можно объединить стрелки, и сформировать линии магнитного поля. Направление в любой точке выступит параллельным направлению ближайших линий поля, а локальная плотность способна быть пропорциональной прочности.

Силовые линии магнитного поля напоминают контурные на топографических картах, так как показывают нечто непрерывное. Многие законы магнетизма можно сформулировать при помощи простых понятий, вроде количества полевых линий сквозь поверхность.

Направление линий магнитного поля, представленных выравниванием железных опилок на бумаге, расположенной над стержневым магнитом

На отображение линий влияют различные явления. Например, железные опилки на линии магнитного поля создают линии, которые соответствуют магнитным. Также они визуально отображаются в полярных сияниях.

Отправленный в поле небольшой компас выравнивается параллельно линии поля, а северный полюс укажет на В.

Миниатюрные компасы можно использовать для демонстрации полей. (а) – Магнитное поле круглого токового контура напоминает магнитное. (b) – Длинный и прямой провод формирует поле с линиями магнитного поля, создающего круговые петли. (с) – Когда провод оказывается в плоскости бумаги, то поле выступает перпендикулярным бумаге. Отметьте, какие именно символы используют для поля, указывающего внутрь и наружу

Детальное изучение магнитных полей помогло вывести ряд важных правил:

• Направление магнитного поля касается линии поля в любой точке пространства.
• Сила поля выступает пропорциональной близости линии. Она также точно пропорциональна количеству линий на единицу площади.
• Линии магнитного поля никогда не сталкиваются, а значит в любой точке пространства магнитное поле будет уникальным.
• Линии остаются непрерывными и следуют с северного к южному полюсу.

Последнее правило основывается на том, что полюса нельзя разделить. И это отличается от линий электрического поля, в которых конец и начало знаменуется положительными и отрицательными зарядами.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ

Мы живем в магнитном поле земли. проявлением магнитного поля является то, чтострелка магнитного компаса постоянно показывает направление на север. тот же результат можно получить, располагая стрелку магнитного компаса между полюсами постоянного магнита (рисунок 34).

Рисунок 34 — Ориентация магнитной стрелки около полюсов магнита

Обычно один из полюсов магнита (южный) обозначают буквой S
, другой — (северный) — буквой N
. На рисунке 34 изображены два положения магнитной стрелки. В каждом положении разноименные полюса стрелки и магнита притягиваются. Поэтому направление стрелки компаса изменилось, как только мы ее сдвинули из положения 1
в положение 2
. Причиной притяжения к магниту и поворота стрелки является магнитное поле. Поворот стрелки при ее смещении вверх и вправо показывает, что направление магнитного поля в разных точках пространства не остается неизменным.

На рисунке 35 показан результат опыта с магнитным порошком, насыпанным на лист плотной бумаги, который расположен над полюсами магнита. Видно, что частицы порошка образуют линии.

Частицы порошка, попадая в магнитное поле, намагничиваются. У каждой частицы появляются северный и южный полюсы. Расположенные рядом частицы порошка не только поворачиваются в поле магнита, но и прилипают друг к другу, выстраиваясь в линии. Эти линии принято называть силовыми линиями магнитного поля.

Рисунок 35 Расположение частиц магнитного порошка на листе бумаги, расположенном над полюсами магнита

Помещая магнитную стрелку вблизи такой линии, можно заметить, что стрелка располагается по касательной. Цифрами 1
, 2
, 3
на рисунке 35 показана ориентация магнитной стрелки в соответствующих точках. Вблизи полюсов плотность магнитного порошка больше, чем в других точках листа. Это означает, что величина магнитного поля там имеет максимальное значение. Таким образом, магнитное поле в каждой точке определяется значением величины, характеризующей магнитное поле, и ее направлением. Такие величины принято называть векторами.

Расположим стальную деталь между полюсами магнита (рисунок 36). Направление силовых линий в детали показано стрелками. В детали также возникнут силовые линии магнитного поля, только их будет намного больше, чем в воздухе.

Рисунок 36 Намагничивание детали простой формы

Дело в том, что стальная деталь содержит железо, состоящее из микромагнитов, которые называются доменами. Приложение к детали намагничивающего поля приводит к тому, что они начинают ориентироваться в направлении этого поля и усиливают его во много раз. Видно, что силовые линии в детали параллельны друг другу, при этом магнитное поле постоянно. Магнитное поле, которое характеризуется прямыми параллельными силовыми линиями, проведенными с одинаковой плотностью, называется однородным.

10.2 Магнитные величины

Важнейшей физической величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор магнитной индукции, который принято обозначать В.

Для каждой физической величины принято указывать ее размерность. Так, единицей силы тока является Ампер (А), единицей магнитной индукции — Тесла (Тл). Магнитная индукция в намагниченных деталях обычно лежит в интервале от 0,1 до 2,0 Тл.

Магнитная стрелка, помещенная в однородное магнитное поле, будет поворачиваться. Момент сил, поворачивающий ее вокруг оси, пропорционален магнитной индукции. Магнитная индукция характеризует также степень намагниченности материала. Силовые линии, показанные на рисунках 34, 35, характеризуют изменение магнитной индукции в воздухе и материале (детали).

Магнитная индукция определяет магнитное поле в каждой точке пространства. Для того, чтобы характеризовать магнитное поле на какой–то поверхности (например, в плоскости поперечного сечения детали), используется еще одна физическая величина, которая называется магнитным потоком и обозначается Φ.

Пусть однородно намагниченная деталь (рисунок 36) характеризуется значением магнитной индукции В
, площадь поперечного сечения детали равна S
, тогда магнитный поток определяется по формуле:

Единица магнитного потока — Вебер (Вб).

Рассмотрим пример. Магнитная индукция в детали равна 0,2 Тл, площадь поперечного сечения — 0,01 м 2 . Тогда магнитный поток равен 0,002 Вб.

Поместим длинный цилиндрический железный стержень в однородное магнитное поле. Пусть ось симметрии стержня совпадает с направлением силовых линий. Тогда стержень будет почти везде намагничен однородно. Магнитная индукция в стержне будет много больше, чем в воздухе. Отношение магнитной индукции в материале B м
к магнитной индукции в воздухе В в
называется магнитной проницаемостью:

μ=B м / B в. (10.2)

Магнитная проницаемость является безразмерной величиной. Для различных марок стали магнитная проницаемость лежит в интервале от 200 до 5 000.

Магнитная индукция зависит от свойств материала, что затрудняет технические расчеты магнитных процессов. Поэтому была введена вспомогательная величина, которая не зависит от магнитных свойств материала. Она называется вектором напряженности магнитного поля и обозначается H.

Единица напряженности магнитного поля — Ампер/метр (А/м). При неразрушающем магнитном контроле деталей напряженность магнитного поля изменяется от 100 до 100 000 А/м.

Между магнитной индукцией В в
и напряженностью магнитного поля Н
в воздухе существует простая зависимость:

В в =μ 0 H, (10.3)

где μ 0 = 4π
10 –7 Генри/метр — магнитная постоянная.

Напряженность магнитного поля и магнитная индукция в материале связаны между собой соотношением:

B=μμ 0 H (10.4)

Напряженность магнитного поля Н

— вектор. При феррозондовом контроле требуется определять составляющие этого вектора на поверхности детали. Эти составляющие можно определить, пользуясь рисунком 37. Здесь поверхность детали принята за плоскость xy
, ось z
перпендикулярна этой плоскости.

На рисунке 1.4 из вершины вектора H

опущен перпендикуляр на плоскость x,y
. В точку пересечения перпендикуляра и плоскости из начала координат проведен вектор H


который называется тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вектора H

. Опустив перпендикуляры из вершины вектора H 

на оси x
и y
, определим проекции H x
и H y
вектора H.

Проекция H

на ось z
называется нормальной составляющей напряженности магнитного поля H n

. При магнитном контроле чаще всего измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля.

Рисунок 37 Вектор напряженности магнитного поля и его проекции на поверхности детали

10.3 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рассмотрим изменение магнитной индукции первоначально размагниченного ферромагнитного материала при постепенном возрастании напряженности внешнего магнитного поля. График, отражающий эту зависимость, показан на рисунке 38 и называется кривой начального намагничивания. В области слабых магнитных полей наклон этой кривой сравнительно невелик, а затем он начинает возрастать, достигая максимального значения. При еще больших значениях напряженности магнитного поля наклон уменьшается так, что изменение магнитной индукции с ростом поля становится незначительным — происходит магнитное насыщение, которое характеризуется величиной B S
. На рисунке 39 показана зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Для этой зависимости характерны две величины: начальная μ н и максимальная μ м магнитная проницаемость. В области сильных магнитных полей проницаемость падает с ростом поля. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля намагниченность образца практически не изменяется, а магнитная индукция растёт только за счёт внешнего поля.

Рисунок 38 Кривая первоначального намагничивания

Рисунок 39 Зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля

Магнитнаяиндукция насыщения B S
зависитв основномот химического состава материала и для конструкционных и электротехнических сталей составляет 1,6-2,1 Тл. Магнитная проницаемость зависит не только от химического состава, но и от термической и механической обработки.

.

Рисунок 40 Предельная (1) и частная (2) петли гистерезиса

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделяют на магнитомягкие (H c 5 000 А/м).

Для магнитомягких материалов требуются сравнительно малые поля для получения насыщения. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить и перемагнитить.

Большинство конструкционных сталей являются магнитомягкими материалами. Для электротехнической стали и специальных сплавов коэрцитивная силасоставляет 1-100 А/м, для конструкционных сталей — не более 5 000 А/м. В приставных устройствах с постоянными магнитами используются магнитотвердые материалы.

При перемагничивании материал вновь насыщается, но значение индукции имеет другой знак (–B S
), соответствующий отрицательной напряженности магнитного поля. При последующем увеличении напряженности магнитного поля в сторону положительных значений индукция будет изменяться по другой кривой, называемой восходящей ветвью петли. Обе ветви: нисходящая и восходящая, образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей магнитногогистерезиса. Предельная петля имеет симметричную форму и соответствует максимальному значению магнитной индукции равному B S
. При симметричном изменении напряженности магнитного поля в меньших пределах индукция будет изменяться по новой петле. Эта петля полностью располагается внутри предельной и называется симметричной частной петлей (рисунок 40).

Параметры предельной петли магнитного гистерезиса играют важную роль при феррозондовом контроле. При высоких значениях остаточной индукции и коэрцитивной силы возможно проведение контроля путем предварительного намагничивания материала детали до насыщения с последующим отключением источника поля. Намагниченность детали будет достаточной для выявления дефектов.

Вместе с тем явление гистерезиса приводит к необходимости контроля магнитного состояния. При отсутствии размагничивания материал детали может оказаться в состоянии, соответствующем индукции –B r .
Тогда, включив магнитное поле положительной полярности, например, равное H c
, можно даже размагнитить деталь, хотя предполагается, что мы ее намагничиваем.

Важное значение имеет также магнитная проницаемость. Чем больше μ
, тем меньше требуемое значение напряженности магнитного поля для намагничивания детали. Поэтому технические параметры намагничивающего устройства должны быть согласованы с магнитными параметрами объекта контроля.

10.4 Магнитное поле рассеяния дефектов

Магнитное поле дефектной детали имеет свои особенности. Возьмем намагниченное стальное кольцо (деталь) с узкой щелью. Эту щель можно рассматривать как дефект детали. Если накрыть кольцо листом бумаги с насыпанным магнитным порошком, можно увидеть картину, сходную с приведенной на рисунке 35. Лист бумаги расположен вне кольца, а между тем частицы порошка выстраиваются вдоль определенных линий. Таким образом, силовые линии магнитного поля частично проходят вне детали, обтекая дефект. Эта часть магнитного поля называется полем рассеяния дефекта.

На рисунке 41 показана длинная трещина в детали, расположенная перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, и картина силовых линий вблизи дефекта.

Рисунок 41 Обтекание силовыми линиями поверхностной трещины

Видно, что силовые линии магнитного поля обтекают трещину внутри детали и вне ее. Формирование магнитного поля рассеяния подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рисунка 42, где изображен участок намагниченной детали. Силовые линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ 1 ,..,
Часть магнитного потока Ф 2
, будет перетекать выше и ниже сечения S 2
. Поэтому магнитные потоки в сечениях S 1
и S 3
будут больше, чем у бездефектной детали. То же самое можно сказать и о магнитной индукции. Другой важной особенностью силовых линий магнитной индукции является их искривление над и под дефектом. В результате часть силовых линий выходит из детали, создавая магнитное поле рассеяния дефекта.

3 .

Рисунок 42 Поле рассеяния подповерхностного дефекта

Количественно магнитное поле рассеяния можно оценить по магнитному потоку, выходящему из детали, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ 2
в сечении S 2
. Площадь поперечного сечения S 2
пропорциональна косинусу угла ,
показанному на рисунке 42. При  = 90° эта площадь равна нулю, при =0°
она имеет наибольшее значение.

Таким образом, для выявления дефектов необходимо, чтобы силовые линии магнитной индукции в зоне контроля детали были бы перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта.

Распределение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределению потока воды в русле с преградой. Высота волны в зоне полностью погруженной преграды будет тем больше, чем ближе гребень преграды к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект детали тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания.

10.5 Обнаружение дефектов

Для обнаружения дефектов требуется прибор, позволяющий определить характеристики поля рассеяния дефекта. Это магнитное поле можно определить по составляющим Н х, Н у, Н z .

Однако поля рассеяния могут быть вызваны не только дефектом, но и другими факторами: структурной неоднородностью металла, резким изменением сечения (в деталях сложной формы), механической обработкой, ударами, шероховатостью поверхности и т. д. Поэтому анализ зависимости даже одной проекции (например, H z
) от пространственной координаты (x
или y
) может оказаться непростой задачей.

Рассмотрим магнитное поле рассеяния вблизи дефекта (рисунок 43). Здесь показана идеализированная бесконечно длинная трещина с ровными краями. Она вытянута вдоль оси y
, которая направлена на рисунке к нам. Цифрами 1, 2, 3, 4 показано как меняется величина и направление вектора напряженности магнитного поля при приближении к трещине слева.

Рисунок 43 Магнитное поле рассеяния вблизи дефекта

Измерение магнитного поля происходит на некотором расстоянии от поверхности детали. Траектория, по которой проводятся измерения, изображена пунктиром. Величины и направления векторов справа от трещины можно построить аналогичным образом (или воспользоваться симметрией рисунка). Правее картины поля рассеяния показан пример пространственного положения вектора H

и двух его составляющих H x

и H z

. Графики зависимостей проекций H x
и H z
поля рассеяния от координаты x
показаны ниже.

Казалось бы, отыскивая экстремум H x или ноль H z , можно найти дефект. Но как уже отмечалось выше, поля рассеяния образуются не только от дефектов, но и от структурных неоднородностей металла, от следов механических воздействий и т. д.

Рассмотрим упрощенную картину формирования полей рассеяния на простой детали (рисунок 44) похожей на ту, что была изображена на рисунке 41, и графики зависимостей проекций H z , H x
от координаты x
(дефект вытянут вдоль оси y
).

По графикам зависимостей H x
и H z
от x
обнаружить дефект очень непросто, так как величины экстремумов H x
и H z
над дефектом и над неоднородностями соизмеримы.

Выход был найден, когда обнаружили, что в области дефекта максимальная скорость изменения (крутизна) напряженности магнитного поля какой-то координаты больше, чем другие максимумы.

Рисунок 44 показывает, что максимальная крутизна графика H z (x)
между точками x 1
и x 2
(т.е. в зоне расположения дефекта) гораздо больше, чем в других местах.

Таким образом, прибор должен измерять не проекцию напряженности поля, а «скорость» ее изменения, т.е. отношение разности проекций в двух соседних точках над поверхностью детали к расстоянию между этими точками:

(10.5)

где H z (x 1), H z (x 2)
— значения проекции вектора H

на ось z
в точках x 1 , x 2
(левее и правее дефекта), G z (x)
принятоназывать градиентом напряженности магнитного поля.

Зависимость G z (x)
показана на рисунке 44. Расстояние Dx = x 2 – x 1
между точками, в которых измеряются проекции вектора H

на ось z,
выбирается с учетом размеров поля рассеяния дефекта.

Как следует из рисунка 44, и это хорошо согласуется с практикой, значение градиента над дефектом существенно больше его значения над неоднородностями металла детали. Именно это позволяет достоверно регистрировать дефект по превышению градиентом порогового значения (рисунок 44).

Выбирая необходимое значение порога, можно свести ошибки контроля к минимальным значениям.

Рисунок 44 Силовые линии магнитного поля дефекта и неоднородностей металла детали.

10.6 Феррозондовый метод

Феррозондовый метод основан на измерении феррозондовым прибором градиента напряженности магнитного поля рассеяния, созданного дефектом в намагниченном изделии, и сравнении результата измерения с порогом.

Вне контролируемой детали существует определенное магнитное поле, которое создается для ее намагничивания. Применение дефектоскопа — градиентометра обеспечивает выделение сигнала, вызванного дефектом, на фоне довольно большой медленно изменяющейся в пространстве составляющей напряженности магнитного поля.

В феррозондовом дефектоскопе используется преобразователь, реагирующий на составляющую градиента нормальной составляющей напряженности магнитного поля на поверхности детали. Преобразователь дефектоскопа содержит два параллельно расположенных стержня из специального магнитомягкого сплава. При контроле стержни перпендикулярны поверхности детали, т.е. параллельны нормальной составляющей напряженности магнитного поля. Стержни имеют одинаковые обмотки, по которым протекает переменный ток. Эти обмотки соединены последовательно. Переменный ток создает в стержнях переменные составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие совпадают по величине и направлению. Кроме того, имеется постоянная составляющая напряженности магнитного поля детали в месте размещения каждого стержня. Величина Δx
, которая входит в формулу (10.5), равна расстоянию между осями стержней и называется базой преобразователя. Выходное напряжение преобразователя определяется разностью переменных напряжений на обмотках.

Разместим преобразователь дефектоскопа на участке детали без дефекта, где значения напряженности магнитного поля в точках х 1 ; х 2
(см. формулу (10.5)) одинаковы. Это означает, что градиент напряженности магнитного поля равен нулю. Тогда на каждый стержень преобразователя будут действовать одинаковые постоянная и переменная составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие будут одинаково перемагничивать стержни, поэтому напряжения на обмотках равны между собой. Разность напряжений, определяющая выходной сигнал, равна нулю. Таким образом, преобразователь дефектоскопа не реагирует на магнитное поле, если нет градиента.

Если градиент напряженности магнитного поля не равен нулю, то стержни будут находиться в одинаковом переменном магнитном поле, но постоянные составляющие будут разными. Каждый стержень перемагничивается переменным током обмотки от состояния с магнитной индукцией –В S
до + В S
Согласно закону электромагнитной индукции напряжение на обмотке может появиться только тогда, когда изменяется магнитная индукция. Поэтому период колебаний переменного тока может быть разбит на интервалы, когда стержень находится в насыщении и, следовательно, напряжение на обмотке равно нулю, и на промежутки времени, когда насыщения нет, а, значит, напряжение отличается от нуля. В те промежутки времени, когда оба стержня не намагничены до насыщения, на обмотках появляются одинаковые напряжения. В это время выходной сигнал равен нулю. То же самое будет при одновременном насыщении обоих стержней, когда напряжение на обмотках отсутствует. Выходное напряжение появляется тогда, когда один сердечник находится в насыщенном состоянии, а другой — в ненасыщенном.

Одновременное воздействие постоянной и переменной составляющей напряженности магнитного поля приводит к тому, что каждый сердечник находится в одном насыщенном состоянии более длительное время, чем в другом. Более длительному насыщению соответствует сложение постоянной и переменной составляющих напряженности магнитного поля, более короткому – вычитание. Разность между интервалами времени, которые соответствуют значениям магнитной индукции +В S
и –В S
, зависит от напряженности постоянного магнитного поля. Рассмотрим состояние с магнитной индукцией +В S
у двух стержней преобразователя. Неодинаковым значениям напряженности магнитного поля в точках х 1
и х 2
будет соответствовать разная длительность интервалов магнитного насыщения стержней. Чем больше разность между этими значениями напряженности магнитного поля, тем больше различаются временные интервалы. В те промежутки времени, когда один стержень насыщен, а другой — ненасыщен, возникает выходное напряжение преобразователя. Это напряжение зависит от градиента напряженности магнитного поля.

Магнитное поле, что это? — особый вид материи;
Где существует? — вокруг движущихся электрических зарядов (в том числе вокруг проводника с током)
Как обнаружить? — с помощью магнитной стрелки (или железных опилок) или по его действию на проводник с током.

Опыт Эрстеда:

Магнитная стрелка поворачивается, если по проводнику начинает протекать эл. ток, т.к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле.

Взаимодействие двух проводников с током:

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник.

В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.

Вспомни прошлый учебный год:

МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ (или иначе линии магнитной индукции)

Как изобразить магнитное поле?
— с помощью магнитных линий;
Магнитные линии, что это?

Это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты.

Вспомни прошлый учебный год:

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены;густота магнитных линий различна;сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку,
ична в разных точках этого поля по величине и направлению.

Где существует неоднородное магнитное поле?

Вокруг прямого проводника с током;

Вокруг полосового магнита;

Вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые;густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку,
динакова во всех точках этого поля по величине направлению.

Где существует однородное магнитное поле?
— внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр.

ИНТЕРЕСНО

Способность железа и его сплавов сильно намагничиваться исчезает при нагревании до высокой температуры. Чистое железо теряет такую способность при нагревании до 767 °С.

Мощные магниты, используемые во многих современных товарах, способны влиять на работу электронных стимуляторов сердца и вживленных сердечных устройств у кардиологических пациентов. Обычные железные или ферритовые магниты, которые легко отличить по тускло-серой окраске, обладают небольшой силой и практически не вызывают беспокойств.
Однако недавно появились очень сильные магниты — блестяще-серебристые по цвету и представляющие собой сплав неодима, железа и бора. Создаваемое ими магнитное поле очень сильно, благодаря чему они широко применяются в компьютерных дисках, наушниках и динамиках, а также в игрушках, украшениях и даже одежде.

Однажды на рейде главного города Майорки, появилось французское военное судно «Ля-Ролейн». Состояние его было настолько жалким, что корабль едва дошел своим ходом до причала.. Когда на борт судна взошли французские ученые, в том числе двадцати двухлетний Араго, выяснилось, что корабль был разрушен молнией. Пока комиссия осматривала судно, покачивая головами при виде обгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к компасам и увидел то, что ожидал: стрелки компасов указывали в разные стороны…

Через год, копаясь в останках разбившегося вблизи Алжира генуэзского судна, Араго обнаружил, что стрелки компасов
ыли размагничены В кромешной тьме туманной ночи капитан, направив по компасу судно к северу, подальше
опасных мест, на самом деле неудержимо
гался к тому, чего так старался избежать. Корабль шел к югу,
о к скалам, обманутый пораженным молнией магнитным компасом.

В. Карцев. Магнит за три тысячелетия.

Магнитный компас был изобретен в Китае.
Уже 4000 лет тому назад караванщики брали с собой глиняный горшок и «берегли его в пути пуще всех своих дорогих грузов». В нем на поверхности жидкости на деревянном поплавке лежал камень, любящий железо. Он мог поворачиваться и, все время указывал путникам в сторону юга, что при отсутствии Солнца помогало им выходить к колодцам.
В начале нашей эры китайцы научились изготавливать искусственные магниты, намагничивая железную иглу.
И только через тысячу лет намагниченную иглу для компаса стали применять европейцы.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Земля — это большой постоянный магнит.
Южный магнитный полюс, хоть и расположен, по земным меркам, вблизи Северного географического полюса, их, тем не менее, разделяют около 2000 км.
На поверхности Земли имеются территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажено магнитным полем железных руд, залегающих на небольшой глубине. Одна из таких территорий – Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области.

Магнитная индукция магнитного поля Земли составляет всего около 0,0004Теслы.
___

На магнитное поле Земли оказывает влияние повышенная солнечная активность. Примерно один раз в каждые 11.5 лет она возрастает настолько, что нарушается радиосвязь, ухудшается самочувствие людей и животных, а стрелки компасов начинают непредсказуемо «плясать» из стороны в сторону. В таком случае говорят, что наступает магнитная буря. Обычно она длится от нескольких часов до нескольких суток.

Магнитное поле Земли время от времени изменяет свою ориентацию, совершая и вековые колебания (длительностью 5–10 тыс. лет), и полностью переориентируясь, т.е. меняя местами магнитные полюсы (2–3 раза за миллион лет). На это указывают «вмороженное»
в осадочные и вулканические породы магнитное поле отдаленных эпох. Поведение геомагнитного поля нельзя назвать хаотичным, оно подчиняется своеобразному «расписанию».

Направление и величина геомагнитного поля задаются процессами, происходящими в ядре Земли. Характерное время переполюсовки, определяемое внутренним твердым ядром, составляет от 3 до 5 тыс. лет, а определяемое внешним жидким ядром – около 500 лет. Этими временами и может обьясняться наблюдаемая динамика геомагнитного поля. Компьютерное моделирование с учетом различных внутриземных процессов ьпоказало возможность переполюсовки магнитного поля примерно за 5 тыс. лет.

ФОКУСЫ С МАГНИТАМИ

«Храм очарований, или механический, оптический и физический кабинет г. Гамулецкого де Колла» известного русского иллюзиониста Гамулецкого, просуществовавший до 1842 года, прославился помимо всего прочего тем, что посетители, поднимавшиеся по украшенной канделябрами и устланной коврами лестнице, еще издали могли заметить на верхней площадке лестницы золоченую фигуру ангела, выполненную в натуральный человеческий рост, которая парила в горизонтальном положении над дверью кабинета не будучи подвешена, ни оперта. В том, что фигура не имела никаких подпорок, мог убедиться каждый желающий. Когда посетители вступали на площадку, ангел поднимал руку, подносил ко рту валторну и играл на ней, шевеля пальцами самым естественным образом. Десять лет — говорил Гамулецкий, — я трудился, чтобы найти точку и вес магнита и железа, дабы удержать ангела в воздухе. Помимо трудов немало и средств употребил я на это чудо».

В средние века весьма распространенным иллюзионным номером были так называемые «послушные рыбы», изготовлявшиеся из дерева. Они плавали в бассейне и повиновались малейшему мановению руки фокусника, который заставлял их двигаться во всевозможных направлениях. Секрет фокуса был чрезвычайно прост: в рукаве у фокусника был спрятан магнит, а в головы рыб вставлены кусочки железа.
Более близкими к нам по времени были манипуляции англичанина Джонаса. Его коронный номер: Джонас предлагал некоторым зрителям положить часы на стол, после чего он, не прикасаясь к часам, произвольно менял положение стрелок.
Современным воплощением такой идеи является хорошо известные электрикам электромагнитные муфты, с помощью которых можно вращать устройства, отделенные от двигателя какой-нибудь преградой, например, стеной.

В середине 80-х годов 19 века пронеслась молва об ученом слоне, который умел не только складывать и вычитать, но даже умножать, делить и извлекать корни. Делалось это следующим образом. Дрессировщик, например, спрашивал слона: «Сколько будет семью восемь?» Перед слоном стояла доска с цифрами. После вопроса слон брал указку и уверенно показывал цифру 56. Точно так же производилось деление и извлечение квадратного корня. Фокус был достаточно прост: под каждой цифрой на доске был спрятан небольшой электромагнит. Когда слону задавался вопрос, в обмотку магнита, расположенного означающей правильный ответ, подавался ток. Железная указка в хоботе слона сама притягивалась к правильной цифре. Ответ получался автоматически. Несмотря на всю простоту этой дрессировки, секрет фокуса долгое время не могли разгадать, и «ученый слон» пользовался громадным успехом.

Рекомендуем также

Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле

ТЕМА: МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, ЕГО ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ.

ОДНОРОДНОЕ И НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Урок – изучение новой темы.

ЦЕЛИ: повторить — понятие магнитного поля, чем создаётся магнитное поле и как его можно

Обнаружить; суть гипотезы Ампера- — свойства постоянных магнитов объясняются

Молекулярными токами.

Уметь изображать графически силовые линии магнитного поля; знать, что у каждого

Магнита два полюса; знать характер их взаимодействия; знать, что благодаря магнитному

Полю взаимодействуют намагниченные тела; иметь представление о однородном и

Неоднородном магнитном поле.

Развивать — представление о том, каким образом влияет магнитное поле Земли на живые

Существа; представление о магнитном толе человека.

Воспитывать навыки мыслительных операций: анализ, обобщение, систематизацию

Полученных знаний; организовывать свой учебный труд; использовать дополнительную

Литературу; проводить учебный физический эксперимент.

ОБОРУДОВАНИЕ: магниты, магнитные стрелки, соленоид, проектор,

НА ДОСКЕ: ТЕМА УРОКА. ВОПРОСЫ УРОКА: называют магнитным полем,

«Я мыслю — значит я МАГНИТ-

существую». Декарт любящий камень.

Вследствие чего оно образуется, в чём

Заключается гипотеза Ампера, как графически

Представляют магнитное поле, а также введём

Понятие однородного и неоднородного

Магнитного поля..

ХОД УРОКА.

А. Организационный момент.

Учитель
обращает внимание на эпиграф урока: «Я мыслю — значит я существую». Декарт

Давайте, ребята вместе сегодня будем размышлять над вопросами темы и будем вместе

Существовать.

Б. Изучение новой темы

1Сегодня мы начинаем изучение новой темы, которая даст ответы на вопросы связанные с работой промышленной и бытовой техники, с явлениями природы.

ТЕМУ урока вы назовёте, послушав следующую легенду.

УЧИТЕЛЬ рассказывает ЛЕГЕНДУ: «в старину рассказывали, будто есть на краю света гора Магнит. Она стоит у самого моря. Беда кораблю, который подплывает слишком близко. Гора притягивает железо, да так что гвозди вырывает из досок. Корабли разваливаются на части и тонут)

Вопрос: В чём причина этого явления? Ответ: Т.к. гора магнитная, то около неё

Существует магнитное поле, которое

Действует на металлические предметы.

Вопрос: Следовательно о чём Ответ: о магнитном поле.

Мы будем сегодня говорить?

Тема урока «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, ЕГО ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ.

ОДНОРОДНОЕ И НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.»

(ребята записывают в тетради тему урока).

2
Сегодня нам предстоит вспомнить: что называют магнитным полем, вследствие чего оно образуется, в чём заключается гипотеза Ампера, как графически представляют магнитное поле, а также введём понятие однородного и неоднородного магнитного поля.

Т. К магнитные явления открыты очень давно, совершим экскурс в историю

Сообщение-историческая справка, подготовленная учащимися.(3-4 мин)

УЧИТЕЛЬ. Как вы видите на протяжении веков человечество изучает магнитные явления.

Вопрос: ДЛЯ ЧЕГО, ЗАЧЕМ ИЗУЧАЮТ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ.

Видеофрагмент
. (на столах вопросы к фильму)

Вопросы к фрагменту № 1.

1. В каких областях используют магнитные явления?
2. Работа каких приборов основана на магнитных явлениях?

УЧИТЕЛЬ. Магнитные явления мы изучали

Магнитное поле УЧЕНИКИ.

Вспомним.1 Что называют магнитным полем? Особый вид материи

2.Вследствии чего магнитное поле Магнитное поле вокруг постоянных магни-

существует вокруг постоянных магнитов? тов существует потому что

Проводим опыт « Парящий магнит».

Возьмите два одинаковых кольцевых магнита,

Один из них положите на дно соответствующего

Размера стеклянного сосуда (из комплекта по

Электролизу). Второй магнит опустите так, что бы

Магниты были обращены друг к другу

Одинаковыми полюсами. Наблюдение за

«парением» верхнего магнита над нижним.

3. Чем порождается магнитное поле? Магнитное поле порождается движущимися

Зарядами в проводнике. (учащийся проводит

Опыт Эрстеда или опыт демонстрируется на

Экране).

1. Вы видите, что магнитное поле порождается

движущимися зарядами.

А может ли быть обратное действие?

Действует ли магнитное поле на заряды? Если

Действует,то как? Да, действует. Опыт
с осциллографом.

Получим

На экране осциллографа яркое, светящееся

Пятно. Поднесите к нему дугообразный магнит,

Обратите внимание на смещение движущихся

Зарядов под действием магнитного поля.

Вывод
: магнитное поле действует на заряженные частицы.

Под
ведём итог всего сказанного ВЫВОД: магнитное поле создаётся вокруг всякого электрического тока и действует только на движущиеся заряды, что является отличительным признаком магнитного поля.

3
Мы говорим о магнитном поле, Можно, с помощью железных опилок.

Ли его увидеть и как? Опыт (показывает ученик) или на диске видео

опыт: поле магнитов.

(Учащийся объясняет опыт с приборами:

Постоянный магнит и металлические опилки.)

ВИДЕОФРАГМЕНТ № 2.

ВПРОСЫ К ВИДЕО фрагменту №2.

1.Что называют магнитными линиями?

2. Что указывает направление магнитных линий?

3 Как зависит влияние магнитного поля от расстояния?

Мы выяснили, что магнитное поле характеризуется магнитными линиями.

КАКИЕ ВИДЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СУЩЕСТВУЮТ?

Рассмотрим полосовой магнит и его магнитные линии.

ВОПРОС. Что можно сказать о густоте линий И О СИЛЕ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ СО СТОРОНЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОЧКИ,В КОТОРЫХ НАХОДЯТСЯ МАГНИТНЫЕ СТРЕЛКИ? ДАЙТЕ НАЗВАНИЕ ТАКОМУ ВИДУ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Ответ: чем ближе к магниту, тем линии гуще,

действующие в точках где находятся

магнитные стрелки различны. Такое

поле называют неоднородным.

Учитель – ещё раз прочитаем это определение. (ученик читает на слайде, все делают вклейку в тетради, а рядом записывают определение магнитного поля).

Теперь обратите внимание на внутренние поля постоянного магнита и соленоида.

Что вы можете о них сказать?

Ответ: Т.к. линии располагаются с одинаковой

Густотой и имеют одно направление,

Это поле однородно.

Сформулируйте определение однородного поля. Учащиеся дают определение однородного

Вывод: 1. С какими видами магнитного поля мы познакомились?

2. А магнитное поле Земля однородно или неоднородно?

УЧАЩИЕСЯ: 1. Мы познакомились с двумя видами магнитного поля

Однородным и неоднородным.

2. Магнитное поле Земли неоднородно?

Послушаем сообщения учащихся. Как изменение магнитного поля Земли влияет на живые

Организмы?

Подведём итог сказанного: на уроке мы говорили о магнитных явлениях: что называют магнитным полем? вследствие чего оно образуется? в чём заключается гипотеза Ампера? как графически представляют магнитное поле? а также ввели понятие однородного и неоднородного магнитного поля.

Сделайте вывод: ДЛЯ ЧЕГО, ЗАЧЕМ ИЗУЧАЮТ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ.

Ребята делают свои выводы.

Д.З. § 43-44 . Упр. 34 (1,2) Ответы на вопросы после §. Индивидуальные задания:

ВЫ СЕГОДНЯ ХОРОШО МЫСЛИЛИ, ЭТО ЗНАЧИТ МЫ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО СУЩЕСТВОВАЛИ. СПОСИБО.

ВЫСТАВЛЕНИЕ ОЦЕНОК

Спосибо за урок. ДОСВИДАНИЕ

Вопросы для учащихся на уроке.

Вопрос классу: ДЛЯ ЧЕГО, ЗАЧЕМ ИЗУЧАЮТ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Вопросы к фрагменту № 1.

1.В каких областях используют магнитные явления?

2.Работа каких приборов основана на магнитных явлениях?

Вопросы к фрагменту № 2.

3. Как графически изображают магнитное поле?

4.Что называют магнитными линиями?

5. Что указывает направление магнитных линий?

6.Где начинаются и где заканчиваются линии магнитного поля?

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ.

1. Движения повторяющиеся через определённые промежутки времени…

2. Поле, у которого магнитные линии одинаковую густоту, называют………

3. Воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки называются……..

4. Магнитное поле имеет северный и южный …….

5. Учёный доказавший, что магнитное поле около постоянного магнита образуется в результате вращения заряженных частиц в одном направлении.

6. Проволочная цилиндрическая катушка с током называется — ……

Учащиеся 11Б класса Алексеев Александр и Барбашов Андрей

Презентация к уроку по обобщению материала по теме «Магнитное поле».

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация к уроку физики по теме Магнитное поле и его графическое изображение. Выполнили ученики 11 «Б» класса Алексеев Александр Барбашов Андрей 2013г.

Теория электромагнитного поля Согласно теории Максвелла, переменные электрические и магнитные поля не могут существовать по отдельности: изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты). Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения — векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Верно ли утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле? Покоящийся заряд создает электрическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета. Относительно других он может двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле. Лежащий на столе магнит создает только магнитное поле. Но движущийся относительно него наблюдатель обнаружит и электрическое поле

Утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле бессмысленно, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются. Вывод: электрические и магнитные поля – проявление единого целого: электромагнитного поля. Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды.

Постоянные магниты N – северный полюс магнита S – южный полюс магнита Постоянные магниты – тела, сохраняющие длительное время намагниченность. Дугообразный магнит Полосовой магнит N N S S Полюс — место магнита, где обнаруживается наиболее сильное действие

Искусственные и естественные магниты. Искусственные магниты — полученные намагничиванием железа при внесении его в магнитное поле. Естественные магниты — магнитный железняк. Природные магниты, т.е. кусочки магнитного железняка — магнетита

Разноименные магнитные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой.

Гипотеза Ампера + е — S N Согласно гипотезы Ампера (1775- 1836г.) в атомах и молекулах в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В 1897г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи американский учёный Милликен. В чем же причины намагничивания? При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом.

Магнитное поле постоянных магнитов Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц. Представление о виде магнитного поля можно получить с помощью железных опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками.

Магнитные поля изображаются с помощью магнитных линий. Это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.

По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля. В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг у другу, гуще, чем в тех местах, где поле слабее.

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Сила, с которой действует поле магнита может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называют неоднородным. Характеристики неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены; густота магнитных линий различна; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, различна в разных точках этого поля по величине и направлению.

Где существует неоднородное магнитное поле? Вокруг прямого проводника с током. На рисунке изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Ток направлен от нас. Видно, что магнитные линии представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника

Где существует неоднородное магнитное поле? вокруг полосового магнита вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Характеристики однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые; густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, одинакова во всех точках этого поля по величине и направлению.

Где существует однородное магнитное поле? Внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр

Это интересно Магнитные полюсы Земли много раз менялись местами (инверсии). За последний миллион лет это случалось 7 раз. 570 лет назад магнитные полюса Земли были расположены в районе экватора

Если на Солнце происходит мощная вспышка, то усиливается солнечный ветер. Это вызывает возмущение земного магнитного поля и приводит к магнитной буре. Пролетающие мимо Земли частицы солнечного ветра создают дополнительные магнитные поля. Магнитные бури причиняют серьёзный вред: они оказывают сильное влияние на радиосвязь, на линии электросвязи, многие измерительные приборы показывают неверные результаты. Это интересно

Земное магнитное поле надежно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями. Это интересно

Результатом взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли является полярное сияние. Вторгаясь в земную атмосферу, частицы солнечного ветра (в основном электроны и протоны) направляются магнитным полем и определённым образом фокусируются. Сталкиваясь с атомами и молекулами атмосферного воздуха, они ионизируют и возбуждают их, в результате чего возникает свечение, которое называют полярным сиянием. Это интересно

Изучением влияния различных факторов погодных условий на организм здорового и больного человека занимается специальная дисциплина — биометрология. Магнитные бури вносят разлад в работу сердечно -сосудистой, дыхательной и нервной системы, а также изменяют вязкость крови; у больных атеросклерозом и тромбофлебитом она становится гуще и быстрее свёртывается, а у здоровых людей, напротив, повышается. Это интересно

Какие тела называют постоянными магнитами? Чем порождается магнитное поле постоянного магнита? Что называют магнитными полюсами магнита? Чем отличаются однородные магнитные поля от неоднородных? Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Объясните, почему иголка притягивает скрепку? (см.рис) Закрепление

Спасибо за работу и внимание!

Тема урока:
«Магнитное поле и его графическое
изображение. Неоднородное и
однородное магнитное поле.
Зависимость направления
магнитных линий от направления
тока в проводнике».

Магнетизм известен с пятого века до нашей эры,

но изучение его сущности продвигалось очень
медленно. Впервые свойства магнита были
описаны в 1269 году. В этом же году ввели
понятие магнитного полюса.
Слово «магнит»
произошло от названия
города Магнессии
(теперь это город
Маниса в Турции).
«камень Геркулеса». «любящий камень»,
«мудрое железо», и «царственный камень»

Слово МАГНИТ

(от греческого. magnetic eitos)
Минерал, состоящий из: FeO(31%) и Fe2O3 (69%).
В нашей стране его добывают на Урале, в Курской
области (Курская магнитная аномалия), В
Карелии.
Магнитный железняк – хрупкий минерал, его
плотность 5000 кг/м*3

Разнообразные искусственные магниты

Редкоземельные магниты – спеченные и магнитопласты

Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна.

СВОЙСТВА

ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
взаимно
притягиваются или
отталкиваются

Земной шар – большой магнит.

ГАНС ХРИСТИАН ЭРСТЕД (1777 – 1851)

Датский профессор
химии, открыл
существование
магнитного поля
вокруг проводника с
током

Опыт Эрстеда

если по проводнику протекает электрический ток, то
расположенная рядом магнитная стрелка изменяет свою
ориентацию в пространстве

Опыт Эрстеда 1820 г.

О чем говорит отклонение
магнитной стрелки при
замыкании
электрической цепи?
Вокруг проводника с током существует
магнитное поле.
На него – то и реагирует магнитная
стрелка.
Магнитное поле – особый вид материи.
Оно не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.

Условия существования магнитного поля

Сделаем выводы.
Вокруг проводника с током (т.е. вокруг
движущихся зарядов) существует магнитное
поле. Оно действует на магнитную стрелку,
отклоняя её.
Электрический ток и
магнитное поле неотделимы
друг от друга.
Источником возникновения
магнитного поля является
электрический ток.

Сделаем выводы.

Как можно обнаружить МП?
а) с помощью железных опилок.
Попадая в МП, железные опилки
намагничиваются и располагаются
вдоль магнитных
линий, подобно
маленьким магнитным стрелкам;
б) по действию на проводник с током.
Попадая в МП вокруг проводника с
током, магнитная стрелка начинает
двигаться, т.к. со стороны МП на неё
действует сила.

Как можно обнаружить МП?

Почему вокруг магнитов
постоянно существует магнитное
поле?
Компьютерная модель
атома бериллия.
Внутри любого
атома существуют
молекулярные
токи

Почему вокруг магнитов постоянно существует магнитное поле?

Изображение
магнитного поля
Линии магнитного поля –
воображаемые линии, вдоль
которых ориентируются
магнитные стрелки

север

юг
N
S
Линии магнитного поля проводника с
током направлены по концентрическим
окружностям

Расположение железных

опилок вокруг полосового
магнита

Расположение железных опилок вокруг полосового магнита

Графическое
изображение
магнитных
линий
вокруг
полосового
магнита

Расположение железных опилок вокруг

прямого проводника с током
Магнитные
линии
магнитного
поля
тока
представляют
собой
замкнутые
кривые,
охватывающие проводник
Направление, которое указывает северный полюс
магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за
направление магнитных линей магнитного поля.

Расположение железных опилок вокруг прямого проводника с током

Расположение железных опилок
вдоль магнитных силовых линий.

Расположение железных опилок вдоль магнитных силовых линий.

Соленоид – проводник,
имеющий вид спирали
(катушка).
«солен» — греч. «трубка»

Магнитное поле катушки и

постоянного магнита
Катушка с током, как
и магнитная стрелка
имеет 2 полюса –
северный и южный.
Магнитное действие
катушки тем
сильнее, чем больше
витков в ней.
При увеличении
силы тока магнитное
поле катушки
усиливается.

Магнитное поле катушки и постоянного магнита

Магнитное поле
Неоднородное.
Магнитные линии
искривлены их
густота меняется от
точки к точке.
Однородное.
Магнитные линии
параллельны друг другу
и расположены с
одинаковой густотой (
например, внутри
постоянного магнита).

Что нужно знать о магнитных

линиях?
1. Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому
МП называют вихревым. Это означает, что в
природе не существует магнитных зарядов.
2.Чем гуще расположены магнитные линии, тем
МП сильнее.
3.Если магнитные линии расположены
параллельно друг другу с одинаковой густотой, то
такое МП называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это
значит, что сила, действующая на магнитную
стрелку в разных точках МП, разная. Такое МП
называют неоднородным.

Что нужно знать о магнитных линиях?

Определение направления
магнитной линии
Способы определения направления
магнитной линии
При помощи
магнитной
стрелки
По правилу
буравчика (1
правило правой
руки)
По 2 правилу
правой руки

Определение направления магнитной линии

Правило буравчика
Известно, что направление линий
магнитного поля тока связано с
направлением тока в проводнике. Эта
связь может быть выражена простым
правилом, которое называется правилом
буравчика.
Правило буравчика заключается в
следующем: если направление
поступательного движения буравчика
совпадает с направлением тока в
проводнике, то направление вращения
ручки буравчика совпадает с
направлением линий магнитного поля
тока.
С помощью правила буравчика по
направлению тока можно определить
направлений линий магнитного поля,
создаваемого этим током, а по
направлению линий магнитного поля –
направление тока, создающего это
поле.

Правило буравчика

(винта)
Если буравчик с правой нарезкой ввинчивать
по направлению тока, то направление
вращения рукоятки совпадет с направлением
магнитного поля.

Правило буравчика (винта)

Правило правой руки для
прямого проводника с
током
Если правую
руку расположить
так, чтобы большой
палец был направлен
по току, то остальные
четыре пальца
покажут направление
линии магнитной
индукции

Правило правой руки для прямого проводника с током

—
+
Определение направления линий
магнитного поля прямого
проводника с током (правило
буравчика)

Изображение однородного

магнитного поля
Х Х Х
Х Х Х
Х Х Х
Магнитные линии
направлены от нас
Магнитные линии
направлены к нам

Определение направления магнитного

поля, пронизывающего соленоид (2
правило правой руки)

2 правило правой руки (для

определения направления
магнитного поля,
пронизывающего
соленоид)
+
Ладонь правой руки
расположить так,
чтобы четыре пальца
были по
направлению тока,
текущего по виткам
соленоида, тогда
большой палец
укажет на
направление
магнитного поля,
пронизывающего
соленоид.

А.В природе существуют электрические заряды.
Б.В природе существуют магнитные заряды.
В.В природе не существует электрических зарядов.
Г.В природе не существует магнитных зарядов.
а) А и Б,
б) А и В,
в) А и Г,
г) Б, В и Г.

Какие утверждения являются верными?

Закончить фразу: «Вокруг проводника
с током существует…
а) магнитное поле;
б) электрическое поле;
в) электрическое и магнитное поле.

Закончить фразу: «Вокруг проводника с током существует…

На что указывает северный
полюс магнитной стрелки?
Северный полюс
магнитной стрелки
указывает
направление
магнитных линий с
помощью которых
изображается
магнитное поле.
Какими бывают магнитные
линии?
I

Направление магнитных линий

совпадает с … направлением
магнитной стрелки.
a. Южным
b. Северным
c. Не связано с
магнитной
стрелкой

На рисунке показана картина магнитных

линий прямого тока. В какой точке
магнитное поле самое сильное?
а)
б)
в)
г)

На рисунке показана картина магнитных линий прямого тока. В какой точке магнитное поле самое сильное?

Определить направление тока по
известному направлению магнитных
линий.

Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.

расположенного перпендикулярно плоскости
рисунка?
а)
б)
в)
г)
д)

Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендику

Какой из вариантов соответствует схеме
расположения магнитных линий вокруг
прямолинейного проводника с током,
расположенного вертикально.
а)
б)
в)
г)
д)

Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного вертикальн

Какой из вариантов соответствует схеме
расположения магнитных линий вокруг соленоида?
а)
б)
в)
г)
д)

Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг соленоида?

Негоро положил под компас железный брусок.
«Железо притянуло к себе стрелку компаса …,
стрелка сместилась на четыре румба (один румб
равен 110 15 минут)… после того, как из-под
нактоуза был убран железный брусок, стрелка
компаса заняла вновь нормальное положение и
указывала своим острием прямо на магнитный
полюс».
Объясните явление.

Ж. Верн. Пятнадцатилетний капитан

Сирано де Бержерак
Я изобрел шесть средств
Подняться в мир планет!
… Сесть на железный круг
И, взяв большой магнит,
Его забросить вверх высоко,
Докуда будет видеть око;
Он за собой железо приманит, Вот средство верное!
А лишь он вас притянет,
Схватить его и бросить вверх опять, Так поднимать он бесконечно станет!
Возможно ли подобное космическое путешествие?
Почему?

Сирано де Бержерак

Домашнее задание:
§42-44. Упражнение 33,34,35.

Влияние магнитных полей на

организм человека и
животных.
Все живые организмы, в том числе и человек,
рождаются и развиваются в естественных
условиях планеты Земля, которая создает
вокруг себя постоянное магнитное поле магнитосферу. Это поле играет очень
существенную роль для всех биохимических
процессов в организме. Основа лечебного
эффекта магнитного поля — улучшение
кровообращения и состояния кровеносных
сосудов.

Влияние магнитных полей на организм человека и животных.

Долго искали магнитный компас у
почтового голубя, однако мозги птицы
никак не реагировали на магнитные
поля. Наконец компас обнаружили в…
брюшной полости! Навигационные
способности мигрирующих животных
всегда поражали людей. Ведь какой-то
компас приводит их к месту,
расположенному
за
тысячи
километров от места рожденья.

Сенсационного результата первыми добились

калифорнийские ученые, биологи в содружестве с
физиками. Гелиобиологу Джозею Кришвингу с
помощниками удалось обнаружить кристаллы
магнитного железняка в мозгах человека.
Кришвинг долго изучал в магнитных полях
образцы тканей, полученных при посмертных
вскрытиях, и пришел к выводу, что количества
магнетика в мозговых оболочках как раз ровно
столько, сколько необходимо для работы
простейшего биологического компаса.

Каждый из нас носит в голове самый настоящий

компас, точнее, сразу несколько компасов с
микроскопически малыми «стрелками». Однако
умение пользоваться скрытым чувством, как мы
видим, есть далеко не у каждого.
Можно с полной ответственностью заявить, что
человеку не следует терять самообладания в
любой сложной ситуации. Для заблудившегося в
пустыне, в океане, в горах или в лесу (что более
актуально для нас) всегда имеется шанс найти
верную дорогу к спасению.

Домашнее задание

1. Просчитать и ответить на вопросы §43-45
2. выполнить упражнение 35

Темой этого урока будет магнитное поле и его графическое изображение. Мы обсудим неоднородное и однородное магнитное поле. Для начала дадим определение магнитному полю, расскажем, с чем оно связано и какими оно обладает свойствами. Научимся изображать его на графиках. Также узнаем, как определяется неоднородное и однородное магнитное поле.

Cегодня мы в первую очередь повторим, что такое магнитное поле. Магнитное поле —
силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами
.

Теперь необходимо отметить свойства магнитного поля
. Вы знаете, что с зарядом связано несколько полей. В частности, электрическое поле. Но мы будем обсуждать именно магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами. У магнитного поля несколько свойств. Первое: магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами
. Иными словами, магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Следующее свойство, которое говорит, как магнитное поле определяется. Определяется оно по действию на другой движущийся электрический заряд.
Или, говорят, на другой электрический ток. Наличие магнитного поля мы можем определить по действию на стрелку компаса, на т.н. магнитную стрелку.

Еще одно свойство: магнитное поле оказывает силовое действие
. Поэтому говорят, что магнитное поле материально.

Эти три свойства являются отличительными чертами магнитного поля. После того, как мы определились с тем, что такое магнитное поле, и определили свойства такого поля, необходимо сказать, как магнитное поле исследуют. В первую очередь магнитное поле исследуется при помощи рамки с током. Если мы возьмем проводник, сделаем из этого проводника круглую или квадратную рамку и по этой рамке будем пропускать электрический ток, то в магнитном поле эта рамка будет определенным образом поворачиваться.

Рис. 1. Рамка с током поворачивается во внешнем магнитном поле

По тому, как поворачивается эта рамка, мы можем судить о магнитном поле
. Только здесь есть одно важное условие: рамка должна быть очень маленькая или она должна быть очень малых размеров по сравнению с расстояниями, на которых мы изучаем магнитное поле. Такую рамку называют контур с током.

Исследовать магнитное поле мы можем и при помощи магнитных стрелок, размещая их в магнитном поле и наблюдая за их поведением.

Рис. 2. Действие магнитного поля на магнитные стрелки

Следующее, о чем мы будем говорить, о том, как можно изобразить магнитное поле. В результате исследований, которые были проведены в течение долгого времени, стало понятно, что магнитное поле удобно изображать при помощи магнитных линий. Чтобы пронаблюдать магнитные линии
, проделаем один эксперимент. Для нашего эксперимента потребуется постоянный магнит, металлические железные опилки, стекло и лист белой бумаги.

Рис. 3. Железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля

Магнит накрываем стеклянной пластиной, а сверху кладем лист бумаги, белый лист бумаги. Сверху на лист бумаги сыплем железные опилки. В результате будет видно, как проявляются линии магнитного поля. То, что мы увидим, — это линии магнитного поля постоянного магнита. Их еще называют иногда спектром магнитных линий. Заметьте, что линии существуют по всем трем направлениям, не только в плоскости.

Магнитная линия
— воображаемая линия, вдоль которой выстраивались бы оси магнитных стрелок.

Рис. 4. Схематическое изображение магнитной линии

Посмотрите, на рисунке представлено следующее: линия изогнутая, направление магнитной линии определяется направлением магнитной стрелки. Направление указывает северный полюс магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии именно при помощи стрелок.

Рис. 5. Как обозначается направление силовых линий

Теперь поговорим о свойствах магнитных линий. Во-первых, у магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это линии замкнутые.
Раз магнитные линии замкнуты, то не существует магнитных зарядов.

Второе: это линии, которые не пересекаются, не прерываются, не свиваются
каким-либо образом. При помощи магнитных линий мы можем характеризовать магнитное поле, представить себе не только его форму, но и говорить о силовом воздействии. Если изображать большую густоту таких линий, то в этом месте, в этой точке пространства, у нас силовое действие будет больше.

Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно
. Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным
. В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.

Рис. 6. Неоднородное магнитное поле

Во-первых, теперь мы уже знаем, что магнитные линии
можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.

На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.

Рис. 7. Однородное магнитное поле

Однородное магнитное поле — это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.

Список дополнительной литературы:

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. — М., 1974

«Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля»

Цель урока:

обеспечение условия для получения учащимися знаний о магнитном поле
c
пособ
ахего
графического изображения

Задачи:

образовательные:

выявить существование магнитного поля в процессе решения поставленной ситуации;

дать определение магнитного поля;

исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;

исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов;

выяснить свойства магнитного поля;

познакомиться с изображением магнитного поля через силовые линии.

развивающие:
развитие логического мышления; умения анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;

воспитательные:
формировать навыки работы в группах;

формировать ответственность в выполнении учебной задачи.

Тип урока:


изучение нового материала.

Оборудование:


магниты (полосовые, дугообразные) по количеству учащихся, железные опилки, белый лист.

Ход урока

1) Организационный этап.
Девизом нашего урока станут слова Р.Декарта: «…Для того, чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать».

2) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Ситуация.
Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.

Любящий камень» — такое поэтическое название дали китайцы этому камню. Любящий камень (тшу-ши), говорят китайцы, притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей.

Учитель. О каком камне идёт речь в предании? (О магните.)

Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами
или просто магнитами.

Учитель. У вас на партах лежат магниты Я предлагаю взять магниты и поднести их друг к другу, не касаясь. Что вы наблюдаете? Как объясняете? Почему происходит взаимодействие магнитов? Выходит между магнитами есть нечто такое, что мы не видим и не можем потрогать руками. Тогда это называют особой формой материи – полем. Магнитным полем. Выясняем тему урока и ставим цель урока – изучение магнитного поля. Не просто понятия магнитного поля, а его свойств.

3
) Первичное усвоение новых знаний.

Итак записываем тему в тетради. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля. Цель нашего урока: выявление основных свойств магнитного поля и способов его изображения

Итак немного о магнитах (сайт ИНФОУРОК, Магнитное поле)

(просматривая фильм записываем определения, свойства поля, делаем зарисовки)

Магнитное поле –
особая форма материи(силовое поле), которое образуется вокруг движущихся заряженых частиц)

1.Магнитное поле порождается только движущимися зарядами.

2. Магнитное поле невидимо, но материально. Обнаружить его можно только по тому действию, которое оно оказывает.

3. Магнитное поле можно обнаружить по его действую на магнитную стрелку и на другие движущиеся тела.

Изобразить магнитное поле можно с помощью магнитных линий.

Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Их мы можем увидеть, проделав опыт с железными опилками.

Опыт: На белый лист, под которым находится магнит, медленно сыпем железные опилки. Опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля.

Обратите внимание, что в тех областях, где магнитное поле более сильное – на полюсах, магнитные линии располагаются ближе друг к другу, т.е. гуще. Чем в тех местах, где поле слабее.

Особенности магнитных линий (записать)

1. Магнитные линии можно провести через любую точку пространства.

2. Они замкнуты и не пересекаются.Средняя линия идет бесконечно.

3.Магнитная линия проводится так, чтобы касательная в каждой точке линии совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

4. За направление магнитной линии принято направление северного полюса стрелок компаса, расположенных вдоль этой линии.

5. Более сильное магнитное поле изображается большей концентрацией.

Рассмотрим силовые линии катушки с током. С понятием соленоид мы знакомы с 8 класса.

Соленоид
— это катушка в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток (показать)

Правило стрелы (изобразить в тетрадь)

Однородное поле(изобразить в тетрадь)

Неоднородное поле(изобразить в тетрадь)

4
)
Первичная проверка понимания
заполнить таблицы

5
) Первичное закрепление
. Самостоятельная работа с взаимопроверкой.

1. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током объясняется тем, что на нее действует …

А. …магнитное поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.

Б. …электрическое поле, созданное зарядами проводника.

В. … электрическое поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.

2. Магнитные поля создаются…

А. …как неподвижными, так и движущимися электрическими зарядами.

Б. …неподвижными электрическими зарядами.

В. …движущимися электрическими зарядами.

3. Линии магнитного поля – это …

А. … линии, совпадающие с формой магнита.

Б. … линии, по которым движется положительный заряд, попадая в магнитное поле.

В. …воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

4. Линии магнитного поля в пространстве вне постоянного магнита …

А. …начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.

Б. … начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном.

В. … начинаются на полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.

Г. …начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на северном.

5. Конфигурации линий магнитного поля соленоида сходны с картиной силовых линий …

А. …полосового магнита.

Б. …подковообразного магнита.

В. …прямого провода с током.

Проверка по эталону и самооценивание:

3 правильных ответов – оценка 3,

4 правильных ответов – оценка 4,

5 правильных ответов – оценка 5.

6) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

7)
Ре
флексия (подведение итогов занятия)

Выберите начало фразы и продолжите предложение.

сегодня я узнал…

было интересно…

было трудно…

я выполнял задания…

я понял, что…

теперь я могу…

я почувствовал, что…

я приобрел…

я научился…

у меня получилось …

• я попробую…

  меня удивило…

  урок дал мне для жизни…

Открытый урок физики по теме «Магнитное поле».

9-й класс

Цель урока: выявление основных
свойств магнитного поля и способов его
изображения через эксперимент.

Задачи.

Образовательные:

• выявить существование магнитного поля в
  процессе решения поставленной ситуации;
• дать определение магнитного поля;
• исследовать зависимость величины магнитного
  поля магнита от расстояния до него;
• исследовать взаимодействие полюсов двух
  магнитов;
• выяснить свойства магнитного поля;
• познакомиться с изображением магнитного поля
  через силовые линии.

Развивающие:

• развитие логического мышления; умения
  анализировать, сравнивать, систематизировать
  информацию;

Воспитательные:

• формировать навыки работы в группах;
• формировать ответственность в выполнении
  учебной задачи.

Оборудование: компьютер,
интерактивная доска, мультимедийный проектор, презентация в программе Smart notebook,
магниты полосовые, кольцеобразные и
дугообразные, железные опилки, магнитная
стрелка, источник тока, соленоид, соединительные
провода.

Ход урока

Ситуация. Много веков назад это было. В
поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в
горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением
заметил, что его палку с железным наконечником
камни притягивают к себе, словно её хватает и
держит какая-то невидимая рука. Поражённый
чудесной силой камней пастух принёс их в
ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог
убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка –
удивительные камни притягивали к себе железные
вещи! Более того, стоило потереть таким камнем
лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать
железные предметы: гвозди, наконечники стрел.
Будто из камня, принесённого с гор, в них
перетекала какая-то сила, разумеется,
таинственная.

Учитель. О каком камне идёт речь в предании?
(О магните.) Как объяснить описанное явление?
Какие ещё необычные свойства есть у камня?

Тела, длительное время сохраняющие
намагниченность, называются постоянными
магнитами или просто магнитами.

Учитель. У вас на партах лежат магниты <
Рисунок 1> . Я предлагаю взять магниты и
поднести их друг к другу, не касаясь. Что вы
наблюдаете? Как объясняете? Почему происходит
взаимодействие магнитов? Выходит между
магнитами есть нечто такое, что мы не видим и не
можем потрогать руками. Тогда это называют
особой формой материи – полем. Магнитным полем.
Выясняем тему урока и ставим цель урока –
изучение магнитного поля. Не просто понятия
магнитного поля, а его свойств.

Записываем тему в тетради. Работаем с
учебником, выявляем ключевые слова этой темы.

Рисунок 1

Опыт Эрстеда. Демонстрация < Рисунок 2>.
Попытки объяснить опыт. Здесь мы видим один
магнит (магнитная стрелка), выходит проводник с
током тоже представляет собой магнит, т.е. вокруг
проводника с током существует магнитное поле.
Вспоминаем, что такое электрический ток. Даем
понятие магнитного поля.

Рисунок 2

Магнитное поле – особая форма материи (силовое
поле), которое образуется вокруг проводника, по
которому протекает электрический ток. Оно
связано с движущимися зарядами.

Учитель. Выясним причину магнетизма. Если
магнит пытаться разделить на части, то любой
самый маленький кусочек будет иметь северный и
южный полюс. В результате рассуждений приходим к
гипотезе Ампера.

Французский ученый Ампер объяснял
намагниченность железа и стали существованием
электрических токов <Рисунок 3>, которые
циркулируют внутри каждой молекулы этих веществ.
Во времена Ампера о строении атома еще ничего не
знали, поэтому природа молекулярных токов
оставалась неизвестной. Теперь мы знаем, что в
каждом атоме имеются отрицательно заряженные
частицы — электроны. При движении электронов
возникает магнитное поле, которое и вызывает
намагниченность железа и стали. В подтверждение
своей теории Ампер провел ряд опытов, один из
которых “Взаимодействие параллельных токов”
<Рисунок 4>. В 1897г. гипотезу подтвердил
английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи
американский учёный Милликен.

Рисунок 3

Рисунок 4

Вывод: движение электронов
представляет собой круговой ток, а вокруг
проводника с электрическим током существует
магнитное поле.

Учитель. Записываем основные свойства
магнитного поля <Рисунок 5>.

Рисунок 5

Исследование магнитного поля.

Демонстрация. Рамка с током поворачивается
во внешнем магнитном поле (силовое действие).
Можно заменить опыт – поднести постоянный
магнит к катушке с током, подвешенной на гибких
проводах.

Вывод: магнитное поле определяется по его
действию на движущийся заряд

Учащиеся подносят магнит к магнитной стрелке.

Вывод: магнитное поле оказывает силовое
действие.

Учащиеся выполняют эксперименты по
определению полюсов магнита и их взаимодействию
(п.1 — 4 инструкции
для учащихся) < Рисунок 6>.

Рисунок 6

Учитель. Ответьте на вопросы:

Как взаимодействуют два магнита?

Выводы: < Рисунок 7>

Рисунок 7

Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а
разноименные притягиваются.

На нейтральной линии отсутствует магнитное
действие

Учитель. Как сделать магнитное поле видимым?

2. Учащиеся выполняют эксперименты по
определению магнитного спектра (п. 5-9 инструкции
для учащихся). Графическое изображение силовых
линий магнитного поля (работа в группах)
<Рисунок 8>.

Рисунок 8

Подводим итоги II части эксперимента.

Выводы: железные опилки выстраиваются
вдоль линий магнитного поля.

Линии, вдоль которых располагаются железные
опилки, называются силовыми линиями магнитного
поля (магнитный спектр). Магнитная линия –
воображаемая линия, вдоль которой выстраивались
бы оси магнитных стрелок <Рисунок
9>.

Рисунок 9

Учитель. Какую форму имеют силовые линии
магнитного поля? Как зависит густота силовых
линий от расстояния до магнита?

Вывод: силовые линии всегда имеют форму
замкнутых закругленных линий.

Учитель. На рисунке изображена магнитная
линия, линия изогнутая, направление магнитной
линии определяется направлением магнитной
стрелки. Направление указывает северный полюс
магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии
именно при помощи стрелок.

Инструкция.

I часть

1. Положите полосовой магнит на стол.
2. Поднесите к нему другой магнит сначала одним
   полюсом, а затем другим.
3. Соедините два магнита противоположными
   полюсами. Сделайте вывод о взаимодействии
   полюсов магнита.
4. Поднесите скрепку к полюсам магнита и к
   нейтральной линии. Сделайте вывод о силовом
   действии магнита.

II часть

1. Поместите на полосовой магнит кусок плотной
   бумаги.
2. Сверху аккуратно насыпьте металлические
   опилки. Аккуратно постучите по листочку.
   Зарисуйте картину силовых линий в таблице.
3. Проделайте опыт с кольцевым магнитом. Зарисуйте
   силовые линии в таблице.
4. Тоже повторите с дугообразным магнитом.

Подводим итоги II части эксперимента.
Свойства магнитных линий <Рисунок 10> .

Рисунок 10

1. У магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это
линии замкнутые. Раз магнитные линии замкнуты,
то не существует магнитных зарядов.

2. Это линии, которые не пересекаются, не
прерываются, не свиваются каким-либо образом.
При помощи магнитных линий мы можем
характеризовать магнитное поле, представить
себе не только его форму, но и говорить о силовом
воздействии. Если изображать большую густоту
таких линий, то в этом месте, в этой точке
пространства, у нас силовое действие будет
больше.

Учитель. Рассмотрим магнитное поле прямого
тока (видео). Из опыта видим, что магнитные
стрелки <Рисунок 11> устанавливаются
вокруг проводника в зависимости от направления
тока в нем.

Рисунок 11

Учитель. Рассмотрим силовые линии катушки с
током. С понятием соленоид мы знакомы с 8 класса.

Соленоид — это катушка в виде намотанного на
цилиндрическую поверхность изолированного
проводника, по которому течёт электрический ток
<Рисунок 12>.

Рисунок 12

3. По расположению силовых линий различают
однородное и неоднородное магнитное поле.

Если линии располагаются параллельно друг
другу, их густота одинакова, то в этом случае
говорят, что магнитное поле однородно. Если,
наоборот, этого не выполняется, т.е. густота
разная, линии искривлены, то такое поле будет
называться неоднородным.

Примеры однородного магнитного поля – это
поле, которое встречается внутри катушки с
большим числом витков или внутри прямолинейного,
полосового магнита. Магнитное поле вне
полосового магнита или то, что мы сегодня
наблюдали на уроке, это поле неоднородное.
Заполняем таблицу <Рисунок 13>.

Рисунок 13

Закрепление.

По рисунку определите тип магнитного поля <
Рисунок 14>.

Рисунок 14

• Определите, в какой точке магнитное поле
  сильнее или слабее.
• Решите упр 35(2)
• Ответьте на вопросы.

Рефлексия <Рисунок 15> .

Рисунок 15

1. О каком предмете шла речь в легенде?
2. Что существует возле проводника с током?
3. Перечислите основные свойства магнитного поля?
4. Что я узнал сегодня нового?
5. Что я уже знал до этого урока?
6. Что я понял, чему научился?
7. Какие задания вызвали наибольший интерес?
8. Какие трудности испытывали?

Д/з. Параграф 43,44 упр. 33; 34(2) < Рисунок
16>

Рисунок 16

По желанию — сообщения о магнитах и магнитных
явлениях.

Приложение.

Литература.

1. Перышкин А.В. Физика. 9кл.: учебник для
   общеобразоват. учреждений.- М.: Дрофа, 2010.
2. http://school-collection.edu.ru/
3. Дж. Уокер. Физический фейерверк. – М.: Мир, 1988.

Тест по физике на тему» Магнитные явления»

8 кл. Магнитные явления.

1.Магнитное поле возникает… 1) вокруг любого заряда 2) вокруг любого проводника 3) вокруг любого проводника с током 4) вокруг движущегося тела

2.Выберите верные утверждения 1) У магнита не может быть только один полюс 2) Противоположные полюса магнитов отталкиваются 3) Вокруг движущихся зарядов возникают магнитные поля 4) Полюса магнитов бывают северными, южными, западными и восточными

3. Однородное магнитное поле это: 1) Магнитное поле единичного магнитного заряда 2) Магнитное поле между однородными полюсами 3) Магнитное поле, линии которого расположены с одинаковой густотой и обладают одинаковой силой и направлением 4) Магнитное поле, линии которого параллельны

4. Выберите верные утверждения: 1) Магнитные линии замкнуты 2)Магнитные линии внутри магнита направлены от северного полюса к южному 3)Магнитные линии неосязаемы человеком 4)Магнитное поле существует только вокруг постоянных магнитов

5.Сопоставьте понятия и определения:

1) Электродвигатель 2) Электромагнит 3) Сердечник 4) Аккумулятор

А)Катушка с током и металлическим стержнем внутри Б)Металлический стержень внутри катушки с током В)Устройство, использующее взаимосвязь электричества и магнетизма Г)Источник тока

6. На рисунке показаны линии магнитного поля, которое было создано проводником с током. Каким НЕ может быть направление тока в проводнике?

1) За чертёж (от нас) 2) Из чертежа (на нас) 3) Вправо 4) Влево

5) Таким же, как и направление магнитных линий

7. Выберите верные утверждения: 1) Стрелка компаса не указывает точное направление на север 2) Северный магнитный полюс находится в северном полушарии 3) Магнитное поле Земли защищает планету от вредного излучения

4) Магнитное поле Земли одинаково в любой точке планеты

5) В природе существуют металлы, которые обладают свойствами магнитов

8. На сколько градусов повернутся магнитные стрелки, если ток в проводнике станет течь в противоположном направлении? Запишите число:

9. Некоторые предметы могут временно вести себя, как магниты. Это явление возникает…

1) Из-за существования магнитных аномалий 2) Из-за способности намагничиваться

3) Из-за нахождения рядом с проводником с током 4) Из-за магнитных бурь

10. Выберите верные утверждения: 1) Постоянные магниты — это тела, сохраняющие свои магнитные свойства в течение длительного времени 2) Магнитные аномалии — это места, где постоянные магниты теряют свои свойства 3) Северные и южные сияния — это одно из следствий солнечного ветра 4) Северные сияния возникают вблизи магнитных аномалий 5) Южные сияния возникают из-за магнитных бурь

11. Магнитное действие постоянных магнитов больше всего… 1) у северного полюса

2) у южного полюса 3) у обоих полюсов 4) в центре магнита

12. Местности, где магнитная стрелка компаса постоянно отклонена от обычного направления, называется… 1) магнитной аномалией 2) магнитным полюсом Земли

3) магнитным центром Земли 4) На Земле таких мест не существует

13. Если два северных полюса постоянных магнитов поднести друг к другу, то…

1) магниты будут взаимодействовать 2) магниты временно перестанут проявлять свойства постоянных магнитов 3) магниты будут отталкиваться

4) один из магнитов сменит полюс 5) возникнет магнитная аномалия

14. Выберите верные утверждения: 1)При вводе железного сердечника в катушку с током, магнитное поле катушки усилится 2)При вводе железного сердечника в катушку с током, магнитные линии изменят направление не противоположное 3)При вводе железного сердечника в катушку с током, произойдет короткое замыкание 4)При вводе железного сердечника в катушку с током, катушка начнет вращаться

15. На одном из рисунков в проводнике есть ток. 1) Это рисунок справа 2) Это рисунок слева 3) Неизвестно, потому что ток может течь в проводе, независимо от расположения провода

16. Сколько минимум нужно магнитов для создания магнитного поля? Запишите число:

17. Если распилить полосовой магнит на две части, то каждая из половинок будет иметь…

1) два южных полюса 2) два северных полюса 3) по одному полюсу: одна половинка — северный полюс, а другая – южный 4) по два полюса, как и исходный магнит

18. Сопоставьте: 1) Магнитосфера 2) Магнитная буря 3) магнитная аномалия

4) следствие солнечного ветра

А) увеличение солнечной активности Б)Северное сияние В)Магнитное поле Земли

Г)Залежи железных руд

19. Выберите верные утверждения об электродвигателе: 1)его КПД составляет 100%

2)его также называют электромагнитом 3)экологически чистый 4)КПД значительно выше, чем КПД теплового двигателя

20. Если по проводнику идет ток, то: 1) Вокруг него возникает магнитное поле 2) Магнитные линии сонаправлены с током 3) Он будет взаимодействовать с любым магнитом, находящимся в непосредственной близости 4) Вокруг него возникает электрическое поле

Ответы:

1) (1 б.) Верные ответы: 3;

2) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;

3) (2 б.) Верные ответы: 3;

4) (1 б.) Верные ответы:

Да;

Нет;

Да;

Нет;

5) (1 б.) Верные ответы:

2;

3;

1;

4;

6) (1 б.) Верные ответы: 3; 4; 5;

7) (2 б.) Верные ответы: 1; 3; 5;

8) (2 б.): Верный ответ: 180.;

9) (2 б.) Верные ответы: 2;

10) (1 б.) Верные ответы: 1; 3;

11) (1 б.) Верные ответы: 3;

12) (1 б.) Верные ответы: 1;

13) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;

14) (1 б.) Верные ответы:

Да;

Нет;

Нет;

Нет;

15) (1 б.) Верные ответы: 1;

16) (1 б. ): Верный ответ: 1.;

17) (2 б.) Верные ответы: 4;

18) (2 б.) Верные ответы:

2;

4;

1;

3;

19) (1 б.) Верные ответы:

Нет;

Нет;

Да;

Да;

20) (1 б.) Верные ответы: 1; 3; 4;

Силовые линии магнитного поля. Альтернативное объяснение причины их возникновения. Магнитное поле. Источники и свойства. Правила и применение

Магнитное поле, что это? — особый вид материи;
Где существует? — вокруг движущихся электрических зарядов (в том числе вокруг проводника с током)
Как обнаружить? — с помощью магнитной стрелки (или железных опилок) или по его действию на проводник с током.

Опыт Эрстеда:

Магнитная стрелка поворачивается, если по проводнику начинает протекать эл. ток, т.к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле.

Взаимодействие двух проводников с током:

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник.

В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.

Вспомни прошлый учебный год:

МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ (или иначе линии магнитной индукции)

Как изобразить магнитное поле?
— с помощью магнитных линий;
Магнитные линии, что это?

Это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты.

Вспомни прошлый учебный год:

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены;густота магнитных линий различна;сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку,
ична в разных точках этого поля по величине и направлению.

Где существует неоднородное магнитное поле?

Вокруг прямого проводника с током;

Вокруг полосового магнита;

Вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые;густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку,
динакова во всех точках этого поля по величине направлению.

Где существует однородное магнитное поле?
— внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр.

ИНТЕРЕСНО

Способность железа и его сплавов сильно намагничиваться исчезает при нагревании до высокой температуры. Чистое железо теряет такую способность при нагревании до 767 °С.

Мощные магниты, используемые во многих современных товарах, способны влиять на работу электронных стимуляторов сердца и вживленных сердечных устройств у кардиологических пациентов. Обычные железные или ферритовые магниты, которые легко отличить по тускло-серой окраске, обладают небольшой силой и практически не вызывают беспокойств.
Однако недавно появились очень сильные магниты — блестяще-серебристые по цвету и представляющие собой сплав неодима, железа и бора. Создаваемое ими магнитное поле очень сильно, благодаря чему они широко применяются в компьютерных дисках, наушниках и динамиках, а также в игрушках, украшениях и даже одежде.

Однажды на рейде главного города Майорки, появилось французское военное судно «Ля-Ролейн». Состояние его было настолько жалким, что корабль едва дошел своим ходом до причала.. Когда на борт судна взошли французские ученые, в том числе двадцати двухлетний Араго, выяснилось, что корабль был разрушен молнией. Пока комиссия осматривала судно, покачивая головами при виде обгоревших мачт и надстроек, Араго поспешил к компасам и увидел то, что ожидал: стрелки компасов указывали в разные стороны…

Через год, копаясь в останках разбившегося вблизи Алжира генуэзского судна, Араго обнаружил, что стрелки компасов
ыли размагничены В кромешной тьме туманной ночи капитан, направив по компасу судно к северу, подальше
опасных мест, на самом деле неудержимо
гался к тому, чего так старался избежать. Корабль шел к югу,
о к скалам, обманутый пораженным молнией магнитным компасом.

В. Карцев. Магнит за три тысячелетия.

Магнитный компас был изобретен в Китае.
Уже 4000 лет тому назад караванщики брали с собой глиняный горшок и «берегли его в пути пуще всех своих дорогих грузов». В нем на поверхности жидкости на деревянном поплавке лежал камень, любящий железо. Он мог поворачиваться и, все время указывал путникам в сторону юга, что при отсутствии Солнца помогало им выходить к колодцам.
В начале нашей эры китайцы научились изготавливать искусственные магниты, намагничивая железную иглу.
И только через тысячу лет намагниченную иглу для компаса стали применять европейцы.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

Земля — это большой постоянный магнит.
Южный магнитный полюс, хоть и расположен, по земным меркам, вблизи Северного географического полюса, их, тем не менее, разделяют около 2000 км.
На поверхности Земли имеются территории, где ее собственное магнитное поле сильно искажено магнитным полем железных руд, залегающих на небольшой глубине. Одна из таких территорий – Курская магнитная аномалия, расположенная в Курской области.

Магнитная индукция магнитного поля Земли составляет всего около 0,0004Теслы.
___

На магнитное поле Земли оказывает влияние повышенная солнечная активность. Примерно один раз в каждые 11.5 лет она возрастает настолько, что нарушается радиосвязь, ухудшается самочувствие людей и животных, а стрелки компасов начинают непредсказуемо «плясать» из стороны в сторону. В таком случае говорят, что наступает магнитная буря. Обычно она длится от нескольких часов до нескольких суток.

Магнитное поле Земли время от времени изменяет свою ориентацию, совершая и вековые колебания (длительностью 5–10 тыс. лет), и полностью переориентируясь, т.е. меняя местами магнитные полюсы (2–3 раза за миллион лет). На это указывают «вмороженное»
в осадочные и вулканические породы магнитное поле отдаленных эпох. Поведение геомагнитного поля нельзя назвать хаотичным, оно подчиняется своеобразному «расписанию».

Направление и величина геомагнитного поля задаются процессами, происходящими в ядре Земли. Характерное время переполюсовки, определяемое внутренним твердым ядром, составляет от 3 до 5 тыс. лет, а определяемое внешним жидким ядром – около 500 лет. Этими временами и может обьясняться наблюдаемая динамика геомагнитного поля. Компьютерное моделирование с учетом различных внутриземных процессов ьпоказало возможность переполюсовки магнитного поля примерно за 5 тыс. лет.

ФОКУСЫ С МАГНИТАМИ

«Храм очарований, или механический, оптический и физический кабинет г. Гамулецкого де Колла» известного русского иллюзиониста Гамулецкого, просуществовавший до 1842 года, прославился помимо всего прочего тем, что посетители, поднимавшиеся по украшенной канделябрами и устланной коврами лестнице, еще издали могли заметить на верхней площадке лестницы золоченую фигуру ангела, выполненную в натуральный человеческий рост, которая парила в горизонтальном положении над дверью кабинета не будучи подвешена, ни оперта. В том, что фигура не имела никаких подпорок, мог убедиться каждый желающий. Когда посетители вступали на площадку, ангел поднимал руку, подносил ко рту валторну и играл на ней, шевеля пальцами самым естественным образом. Десять лет — говорил Гамулецкий, — я трудился, чтобы найти точку и вес магнита и железа, дабы удержать ангела в воздухе. Помимо трудов немало и средств употребил я на это чудо».

В средние века весьма распространенным иллюзионным номером были так называемые «послушные рыбы», изготовлявшиеся из дерева. Они плавали в бассейне и повиновались малейшему мановению руки фокусника, который заставлял их двигаться во всевозможных направлениях. Секрет фокуса был чрезвычайно прост: в рукаве у фокусника был спрятан магнит, а в головы рыб вставлены кусочки железа.
Более близкими к нам по времени были манипуляции англичанина Джонаса. Его коронный номер: Джонас предлагал некоторым зрителям положить часы на стол, после чего он, не прикасаясь к часам, произвольно менял положение стрелок.
Современным воплощением такой идеи является хорошо известные электрикам электромагнитные муфты, с помощью которых можно вращать устройства, отделенные от двигателя какой-нибудь преградой, например, стеной.

В середине 80-х годов 19 века пронеслась молва об ученом слоне, который умел не только складывать и вычитать, но даже умножать, делить и извлекать корни. Делалось это следующим образом. Дрессировщик, например, спрашивал слона: «Сколько будет семью восемь?» Перед слоном стояла доска с цифрами. После вопроса слон брал указку и уверенно показывал цифру 56. Точно так же производилось деление и извлечение квадратного корня. Фокус был достаточно прост: под каждой цифрой на доске был спрятан небольшой электромагнит. Когда слону задавался вопрос, в обмотку магнита, расположенного означающей правильный ответ, подавался ток. Железная указка в хоботе слона сама притягивалась к правильной цифре. Ответ получался автоматически. Несмотря на всю простоту этой дрессировки, секрет фокуса долгое время не могли разгадать, и «ученый слон» пользовался громадным успехом.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ

Мы живем в магнитном поле земли. проявлением магнитного поля является то, чтострелка магнитного компаса постоянно показывает направление на север. тот же результат можно получить, располагая стрелку магнитного компаса между полюсами постоянного магнита (рисунок 34).

Рисунок 34 — Ориентация магнитной стрелки около полюсов магнита

Обычно один из полюсов магнита (южный) обозначают буквой S
, другой — (северный) — буквой N
. На рисунке 34 изображены два положения магнитной стрелки. В каждом положении разноименные полюса стрелки и магнита притягиваются. Поэтому направление стрелки компаса изменилось, как только мы ее сдвинули из положения 1
в положение 2
. Причиной притяжения к магниту и поворота стрелки является магнитное поле. Поворот стрелки при ее смещении вверх и вправо показывает, что направление магнитного поля в разных точках пространства не остается неизменным.

На рисунке 35 показан результат опыта с магнитным порошком, насыпанным на лист плотной бумаги, который расположен над полюсами магнита. Видно, что частицы порошка образуют линии.

Частицы порошка, попадая в магнитное поле, намагничиваются. У каждой частицы появляются северный и южный полюсы. Расположенные рядом частицы порошка не только поворачиваются в поле магнита, но и прилипают друг к другу, выстраиваясь в линии. Эти линии принято называть силовыми линиями магнитного поля.

Рисунок 35 Расположение частиц магнитного порошка на листе бумаги, расположенном над полюсами магнита

Помещая магнитную стрелку вблизи такой линии, можно заметить, что стрелка располагается по касательной. Цифрами 1
, 2
, 3
на рисунке 35 показана ориентация магнитной стрелки в соответствующих точках. Вблизи полюсов плотность магнитного порошка больше, чем в других точках листа. Это означает, что величина магнитного поля там имеет максимальное значение. Таким образом, магнитное поле в каждой точке определяется значением величины, характеризующей магнитное поле, и ее направлением. Такие величины принято называть векторами.

Расположим стальную деталь между полюсами магнита (рисунок 36). Направление силовых линий в детали показано стрелками. В детали также возникнут силовые линии магнитного поля, только их будет намного больше, чем в воздухе.

Рисунок 36 Намагничивание детали простой формы

Дело в том, что стальная деталь содержит железо, состоящее из микромагнитов, которые называются доменами. Приложение к детали намагничивающего поля приводит к тому, что они начинают ориентироваться в направлении этого поля и усиливают его во много раз. Видно, что силовые линии в детали параллельны друг другу, при этом магнитное поле постоянно. Магнитное поле, которое характеризуется прямыми параллельными силовыми линиями, проведенными с одинаковой плотностью, называется однородным.

10.2 Магнитные величины

Важнейшей физической величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор магнитной индукции, который принято обозначать В.

Для каждой физической величины принято указывать ее размерность. Так, единицей силы тока является Ампер (А), единицей магнитной индукции — Тесла (Тл). Магнитная индукция в намагниченных деталях обычно лежит в интервале от 0,1 до 2,0 Тл.

Магнитная стрелка, помещенная в однородное магнитное поле, будет поворачиваться. Момент сил, поворачивающий ее вокруг оси, пропорционален магнитной индукции. Магнитная индукция характеризует также степень намагниченности материала. Силовые линии, показанные на рисунках 34, 35, характеризуют изменение магнитной индукции в воздухе и материале (детали).

Магнитная индукция определяет магнитное поле в каждой точке пространства. Для того, чтобы характеризовать магнитное поле на какой–то поверхности (например, в плоскости поперечного сечения детали), используется еще одна физическая величина, которая называется магнитным потоком и обозначается Φ.

Пусть однородно намагниченная деталь (рисунок 36) характеризуется значением магнитной индукции В
, площадь поперечного сечения детали равна S
, тогда магнитный поток определяется по формуле:

Единица магнитного потока — Вебер (Вб).

Рассмотрим пример. Магнитная индукция в детали равна 0,2 Тл, площадь поперечного сечения — 0,01 м 2 . Тогда магнитный поток равен 0,002 Вб.

Поместим длинный цилиндрический железный стержень в однородное магнитное поле. Пусть ось симметрии стержня совпадает с направлением силовых линий. Тогда стержень будет почти везде намагничен однородно. Магнитная индукция в стержне будет много больше, чем в воздухе. Отношение магнитной индукции в материале B м
к магнитной индукции в воздухе В в
называется магнитной проницаемостью:

μ=B м / B в. (10.2)

Магнитная проницаемость является безразмерной величиной. Для различных марок стали магнитная проницаемость лежит в интервале от 200 до 5 000.

Магнитная индукция зависит от свойств материала, что затрудняет технические расчеты магнитных процессов. Поэтому была введена вспомогательная величина, которая не зависит от магнитных свойств материала. Она называется вектором напряженности магнитного поля и обозначается H.

Единица напряженности магнитного поля — Ампер/метр (А/м). При неразрушающем магнитном контроле деталей напряженность магнитного поля изменяется от 100 до 100 000 А/м.

Между магнитной индукцией В в
и напряженностью магнитного поля Н
в воздухе существует простая зависимость:

В в =μ 0 H, (10.3)

где μ 0 = 4π
10 –7 Генри/метр — магнитная постоянная.

Напряженность магнитного поля и магнитная индукция в материале связаны между собой соотношением:

B=μμ 0 H (10.4)

Напряженность магнитного поля Н

— вектор. При феррозондовом контроле требуется определять составляющие этого вектора на поверхности детали. Эти составляющие можно определить, пользуясь рисунком 37. Здесь поверхность детали принята за плоскость xy
, ось z
перпендикулярна этой плоскости.

На рисунке 1.4 из вершины вектора H

опущен перпендикуляр на плоскость x,y
. В точку пересечения перпендикуляра и плоскости из начала координат проведен вектор H


который называется тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вектора H

. Опустив перпендикуляры из вершины вектора H 

на оси x
и y
, определим проекции H x
и H y
вектора H.

Проекция H

на ось z
называется нормальной составляющей напряженности магнитного поля H n

. При магнитном контроле чаще всего измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля.

Рисунок 37 Вектор напряженности магнитного поля и его проекции на поверхности детали

10.3 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рассмотрим изменение магнитной индукции первоначально размагниченного ферромагнитного материала при постепенном возрастании напряженности внешнего магнитного поля. График, отражающий эту зависимость, показан на рисунке 38 и называется кривой начального намагничивания. В области слабых магнитных полей наклон этой кривой сравнительно невелик, а затем он начинает возрастать, достигая максимального значения. При еще больших значениях напряженности магнитного поля наклон уменьшается так, что изменение магнитной индукции с ростом поля становится незначительным — происходит магнитное насыщение, которое характеризуется величиной B S
. На рисунке 39 показана зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Для этой зависимости характерны две величины: начальная μ н и максимальная μ м магнитная проницаемость. В области сильных магнитных полей проницаемость падает с ростом поля. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля намагниченность образца практически не изменяется, а магнитная индукция растёт только за счёт внешнего поля.

Рисунок 38 Кривая первоначального намагничивания

Рисунок 39 Зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля

Магнитнаяиндукция насыщения B S
зависитв основномот химического состава материала и для конструкционных и электротехнических сталей составляет 1,6-2,1 Тл. Магнитная проницаемость зависит не только от химического состава, но и от термической и механической обработки.

.

Рисунок 40 Предельная (1) и частная (2) петли гистерезиса

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделяют на магнитомягкие (H c 5 000 А/м).

Для магнитомягких материалов требуются сравнительно малые поля для получения насыщения. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить и перемагнитить.

Большинство конструкционных сталей являются магнитомягкими материалами. Для электротехнической стали и специальных сплавов коэрцитивная силасоставляет 1-100 А/м, для конструкционных сталей — не более 5 000 А/м. В приставных устройствах с постоянными магнитами используются магнитотвердые материалы.

При перемагничивании материал вновь насыщается, но значение индукции имеет другой знак (–B S
), соответствующий отрицательной напряженности магнитного поля. При последующем увеличении напряженности магнитного поля в сторону положительных значений индукция будет изменяться по другой кривой, называемой восходящей ветвью петли. Обе ветви: нисходящая и восходящая, образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей магнитногогистерезиса. Предельная петля имеет симметричную форму и соответствует максимальному значению магнитной индукции равному B S
. При симметричном изменении напряженности магнитного поля в меньших пределах индукция будет изменяться по новой петле. Эта петля полностью располагается внутри предельной и называется симметричной частной петлей (рисунок 40).

Параметры предельной петли магнитного гистерезиса играют важную роль при феррозондовом контроле. При высоких значениях остаточной индукции и коэрцитивной силы возможно проведение контроля путем предварительного намагничивания материала детали до насыщения с последующим отключением источника поля. Намагниченность детали будет достаточной для выявления дефектов.

Вместе с тем явление гистерезиса приводит к необходимости контроля магнитного состояния. При отсутствии размагничивания материал детали может оказаться в состоянии, соответствующем индукции –B r .
Тогда, включив магнитное поле положительной полярности, например, равное H c
, можно даже размагнитить деталь, хотя предполагается, что мы ее намагничиваем.

Важное значение имеет также магнитная проницаемость. Чем больше μ
, тем меньше требуемое значение напряженности магнитного поля для намагничивания детали. Поэтому технические параметры намагничивающего устройства должны быть согласованы с магнитными параметрами объекта контроля.

10.4 Магнитное поле рассеяния дефектов

Магнитное поле дефектной детали имеет свои особенности. Возьмем намагниченное стальное кольцо (деталь) с узкой щелью. Эту щель можно рассматривать как дефект детали. Если накрыть кольцо листом бумаги с насыпанным магнитным порошком, можно увидеть картину, сходную с приведенной на рисунке 35. Лист бумаги расположен вне кольца, а между тем частицы порошка выстраиваются вдоль определенных линий. Таким образом, силовые линии магнитного поля частично проходят вне детали, обтекая дефект. Эта часть магнитного поля называется полем рассеяния дефекта.

На рисунке 41 показана длинная трещина в детали, расположенная перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, и картина силовых линий вблизи дефекта.

Рисунок 41 Обтекание силовыми линиями поверхностной трещины

Видно, что силовые линии магнитного поля обтекают трещину внутри детали и вне ее. Формирование магнитного поля рассеяния подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рисунка 42, где изображен участок намагниченной детали. Силовые линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ 1 ,..,
Часть магнитного потока Ф 2
, будет перетекать выше и ниже сечения S 2
. Поэтому магнитные потоки в сечениях S 1
и S 3
будут больше, чем у бездефектной детали. То же самое можно сказать и о магнитной индукции. Другой важной особенностью силовых линий магнитной индукции является их искривление над и под дефектом. В результате часть силовых линий выходит из детали, создавая магнитное поле рассеяния дефекта.

3 .

Рисунок 42 Поле рассеяния подповерхностного дефекта

Количественно магнитное поле рассеяния можно оценить по магнитному потоку, выходящему из детали, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ 2
в сечении S 2
. Площадь поперечного сечения S 2
пропорциональна косинусу угла ,
показанному на рисунке 42. При  = 90° эта площадь равна нулю, при =0°
она имеет наибольшее значение.

Таким образом, для выявления дефектов необходимо, чтобы силовые линии магнитной индукции в зоне контроля детали были бы перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта.

Распределение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределению потока воды в русле с преградой. Высота волны в зоне полностью погруженной преграды будет тем больше, чем ближе гребень преграды к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект детали тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания.

10.5 Обнаружение дефектов

Для обнаружения дефектов требуется прибор, позволяющий определить характеристики поля рассеяния дефекта. Это магнитное поле можно определить по составляющим Н х, Н у, Н z .

Однако поля рассеяния могут быть вызваны не только дефектом, но и другими факторами: структурной неоднородностью металла, резким изменением сечения (в деталях сложной формы), механической обработкой, ударами, шероховатостью поверхности и т. д. Поэтому анализ зависимости даже одной проекции (например, H z
) от пространственной координаты (x
или y
) может оказаться непростой задачей.

Рассмотрим магнитное поле рассеяния вблизи дефекта (рисунок 43). Здесь показана идеализированная бесконечно длинная трещина с ровными краями. Она вытянута вдоль оси y
, которая направлена на рисунке к нам. Цифрами 1, 2, 3, 4 показано как меняется величина и направление вектора напряженности магнитного поля при приближении к трещине слева.

Рисунок 43 Магнитное поле рассеяния вблизи дефекта

Измерение магнитного поля происходит на некотором расстоянии от поверхности детали. Траектория, по которой проводятся измерения, изображена пунктиром. Величины и направления векторов справа от трещины можно построить аналогичным образом (или воспользоваться симметрией рисунка). Правее картины поля рассеяния показан пример пространственного положения вектора H

и двух его составляющих H x

и H z

. Графики зависимостей проекций H x
и H z
поля рассеяния от координаты x
показаны ниже.

Казалось бы, отыскивая экстремум H x или ноль H z , можно найти дефект. Но как уже отмечалось выше, поля рассеяния образуются не только от дефектов, но и от структурных неоднородностей металла, от следов механических воздействий и т. д.

Рассмотрим упрощенную картину формирования полей рассеяния на простой детали (рисунок 44) похожей на ту, что была изображена на рисунке 41, и графики зависимостей проекций H z , H x
от координаты x
(дефект вытянут вдоль оси y
).

По графикам зависимостей H x
и H z
от x
обнаружить дефект очень непросто, так как величины экстремумов H x
и H z
над дефектом и над неоднородностями соизмеримы.

Выход был найден, когда обнаружили, что в области дефекта максимальная скорость изменения (крутизна) напряженности магнитного поля какой-то координаты больше, чем другие максимумы.

Рисунок 44 показывает, что максимальная крутизна графика H z (x)
между точками x 1
и x 2
(т.е. в зоне расположения дефекта) гораздо больше, чем в других местах.

Таким образом, прибор должен измерять не проекцию напряженности поля, а «скорость» ее изменения, т.е. отношение разности проекций в двух соседних точках над поверхностью детали к расстоянию между этими точками:

(10.5)

где H z (x 1), H z (x 2)
— значения проекции вектора H

на ось z
в точках x 1 , x 2
(левее и правее дефекта), G z (x)
принятоназывать градиентом напряженности магнитного поля.

Зависимость G z (x)
показана на рисунке 44. Расстояние Dx = x 2 – x 1
между точками, в которых измеряются проекции вектора H

на ось z,
выбирается с учетом размеров поля рассеяния дефекта.

Как следует из рисунка 44, и это хорошо согласуется с практикой, значение градиента над дефектом существенно больше его значения над неоднородностями металла детали. Именно это позволяет достоверно регистрировать дефект по превышению градиентом порогового значения (рисунок 44).

Выбирая необходимое значение порога, можно свести ошибки контроля к минимальным значениям.

Рисунок 44 Силовые линии магнитного поля дефекта и неоднородностей металла детали.

10.6 Феррозондовый метод

Феррозондовый метод основан на измерении феррозондовым прибором градиента напряженности магнитного поля рассеяния, созданного дефектом в намагниченном изделии, и сравнении результата измерения с порогом.

Вне контролируемой детали существует определенное магнитное поле, которое создается для ее намагничивания. Применение дефектоскопа — градиентометра обеспечивает выделение сигнала, вызванного дефектом, на фоне довольно большой медленно изменяющейся в пространстве составляющей напряженности магнитного поля.

В феррозондовом дефектоскопе используется преобразователь, реагирующий на составляющую градиента нормальной составляющей напряженности магнитного поля на поверхности детали. Преобразователь дефектоскопа содержит два параллельно расположенных стержня из специального магнитомягкого сплава. При контроле стержни перпендикулярны поверхности детали, т.е. параллельны нормальной составляющей напряженности магнитного поля. Стержни имеют одинаковые обмотки, по которым протекает переменный ток. Эти обмотки соединены последовательно. Переменный ток создает в стержнях переменные составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие совпадают по величине и направлению. Кроме того, имеется постоянная составляющая напряженности магнитного поля детали в месте размещения каждого стержня. Величина Δx
, которая входит в формулу (10.5), равна расстоянию между осями стержней и называется базой преобразователя. Выходное напряжение преобразователя определяется разностью переменных напряжений на обмотках.

Разместим преобразователь дефектоскопа на участке детали без дефекта, где значения напряженности магнитного поля в точках х 1 ; х 2
(см. формулу (10.5)) одинаковы. Это означает, что градиент напряженности магнитного поля равен нулю. Тогда на каждый стержень преобразователя будут действовать одинаковые постоянная и переменная составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие будут одинаково перемагничивать стержни, поэтому напряжения на обмотках равны между собой. Разность напряжений, определяющая выходной сигнал, равна нулю. Таким образом, преобразователь дефектоскопа не реагирует на магнитное поле, если нет градиента.

Если градиент напряженности магнитного поля не равен нулю, то стержни будут находиться в одинаковом переменном магнитном поле, но постоянные составляющие будут разными. Каждый стержень перемагничивается переменным током обмотки от состояния с магнитной индукцией –В S
до + В S
Согласно закону электромагнитной индукции напряжение на обмотке может появиться только тогда, когда изменяется магнитная индукция. Поэтому период колебаний переменного тока может быть разбит на интервалы, когда стержень находится в насыщении и, следовательно, напряжение на обмотке равно нулю, и на промежутки времени, когда насыщения нет, а, значит, напряжение отличается от нуля. В те промежутки времени, когда оба стержня не намагничены до насыщения, на обмотках появляются одинаковые напряжения. В это время выходной сигнал равен нулю. То же самое будет при одновременном насыщении обоих стержней, когда напряжение на обмотках отсутствует. Выходное напряжение появляется тогда, когда один сердечник находится в насыщенном состоянии, а другой — в ненасыщенном.

Одновременное воздействие постоянной и переменной составляющей напряженности магнитного поля приводит к тому, что каждый сердечник находится в одном насыщенном состоянии более длительное время, чем в другом. Более длительному насыщению соответствует сложение постоянной и переменной составляющих напряженности магнитного поля, более короткому – вычитание. Разность между интервалами времени, которые соответствуют значениям магнитной индукции +В S
и –В S
, зависит от напряженности постоянного магнитного поля. Рассмотрим состояние с магнитной индукцией +В S
у двух стержней преобразователя. Неодинаковым значениям напряженности магнитного поля в точках х 1
и х 2
будет соответствовать разная длительность интервалов магнитного насыщения стержней. Чем больше разность между этими значениями напряженности магнитного поля, тем больше различаются временные интервалы. В те промежутки времени, когда один стержень насыщен, а другой — ненасыщен, возникает выходное напряжение преобразователя. Это напряжение зависит от градиента напряженности магнитного поля.

Примерно две с половиной тысячи лет назад люди обнаружили, что некоторые природные камни обладают способностью притягивать к себе железо. Объясняли такое свойство присутствием у этих камней живой души, и некой «любовью» к железу.

Сегодня мы уже знаем, что эти камни являются природным магнитами, и магнитное поле, а вовсе не особое расположение к железу, создает эти эффекты. Магнитное поле — это особый вид материи, который отличается от вещества и существует вокруг намагниченных тел.

Постоянные магниты

Природные магниты, или магнетиты, обладают не очень сильными магнитными свойствами. Но человек научился создавать искусственные магниты, обладающие значительно большей силой магнитного поля. Делаются они из специальных сплавов и намагничиваются внешним магнитным полем. А после этого их можно использовать самостоятельно.

Силовые линии магнитного поля

Любой магнит имеет два полюса, их назвали северным и южным полюсами. На полюсах концентрация магнитного поля максимальна. Но между полюсами магнитное поле располагается тоже не произвольно, а в виде полос или линий. Они называются силовыми линиями магнитного поля. Обнаружить их довольно просто — достаточно поместить в магнитное поле рассыпанные железные опилки и слегка встряхнуть их. Они расположатся не как угодно, а образуют как бы узор из линий, начинающихся у одного полюса и заканчивающихся у другого. Эти линии как бы выходят из одного полюса и входят в другой.

Железные опилки в поле магнита сами намагничиваются и размещаются вдоль силовых магнитных линий. Именно подобным образом функционирует компас. Наша планета — это большой магнит. Стрелка компаса улавливает магнитное поле Земли и, поворачиваясь, располагается вдоль силовых линий, одним своим концом указывая на северный магнитный полюс, другим — на южный. Магнитные полюса Земли немного не совпадают с географическими, но при путешествиях вдали от полюсов, это не имеет большого значения, и можно считать их совпадающими.

Переменные магниты

Область применения магнитов в наше время чрезвычайно широка. Их можно обнаружить внутри электродвигателей, телефонов, динамиков, радиоприборов. Даже в медицине, например, при проглатывании человеком иглы или другого железного предмета, его можно достать без операции магнитным зондом.

Таким
образом, индукция магнитного поля на оси кругового витка с током убывает
обратно пропорционально третьей степени расстояния от центра витка до точки на
оси. Вектор магнитной индукции на оси витка параллелен оси. Его направление
можно определить с помощью правого винта: если направить правый винт параллельно
оси витка и вращать его по направлению тока в витке, то направление поступательного
движения винта покажет направление вектора магнитной индукции.

3.5 Силовые линии магнитного поля

Магнитное поле, как и
электростатическое, удобно представлять в графической форме – с помощью силовых
линий магнитного поля.

Силовая линия
магнитного поля – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с
направлением вектора магнитной индукции.

Силовые линии магнитного
поля проводят так, что их густота пропорциональна величине магнитной индукции:
чем больше магнитная индукция в некоторой точке, тем больше густота силовых
линий.

Таким образом, силовые линии магнитного поля имеют сходство с силовыми
линиями электростатического поля.

Однако им свойственны и некоторые
особенности.

Рассмотрим магнитное поле,
созданное прямым проводником с током I.

Пусть этот проводник перпендикулярен плоскости рисунка.

В различных точках,
расположенных на одинаковых расстояниях от проводника, индукция одинакова по
величине.

Направление вектора В

в
разных точках показано на рисунке.

Линией, касательная к которой во всех точках совпадает с направлением
вектора магнитной индукции, является окружность.

Следовательно, силовые
линии магнитного поля в этом случае представляют собой окружности, охватывающие
проводник. Центры всех силовых линий расположены на проводнике.

Таким образом, силовые линии магнитного поля замкнуты (силовые линии
электростатического не могут быть замкнуты, они начинаются и заканчиваются на зарядах).

Поэтому магнитное поле
является вихревым
(так называют поля, силовые линии которых замкнуты).

Замкнутость силовых линий означает ещё одну, очень важную особенность
магнитного поля – в природе не существует (по крайней мере, пока не обнаружено)
магнитных зарядов, которые являлись бы источником магнитного поля определённой
полярности.

Поэтому не бывает отдельно
существующе-го северного или южного магнитного полюса магнита.

Даже если распилить пополам
постоянный магнит, то получится два магнита, каждый из которых имеет оба полюса.

3.6. Сила Лоренца

Экспериментально
установлено, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила. Эту
силу принято называть силой Лоренца:

.

Модуль силы Лоренца

,

где a – угол между векторами v

и B

.

Направление силы Лоренца
зависит от направления вектора . Его можно определить с
помощью правила правого винта или правила левой руки. Но направление силы
Лоренца не обязательно совпадает с направлением вектора !

Дело в том, что сила
Лоренца равна результату произведения вектора [v

, В

] на скаляр q
. Если заряд положительный, то F

л

параллельна вектору [v

, В

]. Если
же q
v

, В

] (см. рисунок).

Если заряженная частица
движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то угол a между векторами скорости и магнитной
индукции равен нулю. Следовательно, сила Лоренца на такой заряд не действует
(sin 0 = 0, F л
= 0).

Если же заряд будет
двигаться перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то угол a между векторами скорости и магнитной
индукции равен 90 0 . В этом случае сила Лоренца имеет максимально
возможное значение: F л
= qv
B
.

Сила Лоренца всегда
перпендикулярна скорости движения заряда. Это означает, что сила Лоренца не
может изменить величину скорости движения, но изменяет её направление.

Поэтому в однородном
магнитном поле заряд, влетевший в магнитное поле перпендикулярно его силовым
линиям, будет двигаться по окружности.

Если на заряд действует
только сила Лоренца, то движение заряда подчиняется следующему уравнению,
составленному на основе второго закона Ньютона: ma
= F л.

Поскольку сила Лоренца
перпендикулярна скорости, постольку ускорение заряженной частицы является
центростремительным (нормальным): (здесь R
–
радиус кривизны траектории заряженной частицы).

Без сомнения, силовые линии магнитного поля сейчас известны всем. По крайней мере, еще в школе их проявление демонстрируют на уроках физики. Помните, как учитель под листом бумаги размещал постоянный магнит (или даже два, комбинируя ориентированность их полюсов), а сверху него насыпал металлические опилки, взятые в кабинете трудового обучения? Вполне понятно, что металл должен был удерживаться на листе, однако наблюдалось нечто странное — четко прослеживались линии, вдоль которых выстраивались опилки. Заметьте — не равномерно, а полосами. Это и есть силовые линии магнитного поля. Вернее, их проявление. Что же происходило тогда и как можно объяснить?

Начнем издалека. Вместе с нами в физическом мире видимом сосуществует особый вид материи — магнитное поле. Оно обеспечивает взаимодействие движущихся элементарных частиц или более крупных тел, обладающих электрическим зарядом или естественным Электрические и не только взаимосвязаны друг с другом, но и часто порождают сами себя. К примеру, провод, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя линии магнитного поля. Верно и обратное: воздействие переменных магнитных полей на замкнутый проводящий контур создает в нем движение носителей заряда. Последнее свойство применяется в генераторах, поставляющих электрическую энергию всем потребителям. Яркий пример электромагнитных полей — свет.

Силовые линии магнитного поля вокруг проводника вращаются или, что также верно, характеризуются направленным вектором магнитной индукции. Направление вращения определяют по правилу буравчика. Указываемые линии — условность, так как поле распространяется равномерно во все стороны. Все дело в том, что оно может быть представлено в виде бесконечного количества линий, некоторые из которых обладают более ярко выраженной напряженностью. Именно поэтому в и опилками четко прослеживаются некие «линии». Что интересно, силовые линии магнитного поля никогда не прерываются, поэтому нельзя однозначно сказать, где начало, а где конец.

В случае постоянного магнита (или подобного ему электромагнита), всегда есть два полюса, получившие условные названия Северного и Южного. Упомянутые линии в этом случае — это кольца и овалы, соединяющие оба полюса. Иногда это описывается с точки зрения взаимодействующих монополей, однако тогда возникает противоречие, согласно которому нельзя разделить монополя. То есть любая попытка деления магнита приведет к появлению нескольких двухполюсных частей.

Огромный интерес представляют свойства силовых линий. О непрерывности мы уже говорили, однако практический интерес представляет способность создавать в проводнике следствием которой является электрический ток. Смысл этого заключается в следующем: если проводящий контур пересекают линии (или сам проводник движется в магнитном поле), то электронам на внешних орбитах атомов материала сообщается дополнительная энергия, позволяющая им начинать самостоятельное направленное движение. Можно сказать, что магнитное поле словно «выбивает» заряженные частицы из кристаллической решетки. Данное явление получило название электромагнитной индукции и в настоящий момент является основным способом получения первичной электрической энергии. Оно было открыто опытным путем в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем.

Изучение магнитных полей началось еще в 1269 году, когда П. Перегрин обнаружил взаимодействие шарообразного магнита со стальными иглами. Почти через 300 лет У. Г. Колчестер предположил, что сам является огромным магнитом, обладающим двумя полюсами. Далее магнитные явления изучали такие известные ученые, как Лоренц, Максвелл, Ампер, Эйнштейн и пр.

Напряжённость электрического поля. Силовые линии

Напряжённость электрического поля. Силовые линии

Подробности

Просмотров: 497

«Физика — 10 класс»

Что является посредником, осуществляющим взаимодействие зарядов?

Как определить, какое из двух полей более сильное? Предложите пути сравнения полей.

Напряжённость электрического поля.

Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд. Можно утверждать, что мы знаем о поле всё, что нам нужно, если будем знать силу, действующую на любой заряд в любой точке поля. Поэтому надо ввести такую характеристику поля, знание которой позволит определить эту силу.

Если поочерёдно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо пропорциональна этому заряду. Действительно, пусть поле создаётся точечным зарядом q₁. Согласно закону Кулона (14.2) на точечный заряд q действует сила, пропорциональная заряду q. Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду, называется напряжённостью электрического поля.

Подобно силе, напряжённость поля — векторная величина; её обозначают
буквой :

Отсюда сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна:

=q.         (14.8)

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательный заряд.

Единица напряжённости в СИ — Н/Кл.

Силовые линии электрического поля.

Электрическое поле не действует на органы чувств. Его мы не видим. Однако мы можем получить некоторое представление о распределении поля, если нарисуем векторы напряжённости поля в нескольких точках пространства (рис. 14.9, а). Картина будет более наглядной, если нарисовать непрерывные линии.

Линии, касательная в каждой точке которых совпадает с вектором напряжённости электрического поля, называют силовыми линиями или линиями напряжённости поля (рис. 14.9, б).

Направление силовых линий позволяет определить направление вектора напряжённости в различных точках поля, а густота (число линий на единицу площади) силовых линий показывает, где напряжённость поля больше. Так, на рисунках 14.10—14.13 густота силовых линий в точках А больше, чем в точках В. Очевидно, что _А > _B.

Не следует думать, что линии напряжённости существуют в действительности вроде растянутых упругих нитей или шнуров, как предполагал сам Фарадей. Линии напряжённости помогают лишь наглядно представить распределение поля в пространстве. Они не более реальны, чем меридианы и параллели на земном шаре.

Силовые линии можно сделать видимыми. Если продолговатые кристаллики изолятора (например, хинина) хорошо перемешать в вязкой жидкости (например, в касторовом масле) и поместить туда заряженные тела, то вблизи этих тел кристаллики выстроятся в цепочки вдоль линий напряжённости.

На рисунках приведены примеры линий напряжённости: положительно заряженного шарика (см. рис. 14.10), двух разноимённо заряженных шариков (см. рис. 14.11), двух одноимённо заряженных шариков (см. рис. 14.12), двух пластин, заряды которых равны по модулю и противоположны по знаку (см. рис. 14.13). Последний пример особенно важен.

На рисунке 14.13 видно, что в пространстве между пластинами силовые линии в основном параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга: электрическое поле здесь одинаково во всех точках.

Электрическое поле, напряжённость которого одинакова во всех точках, называется однородным.

В ограниченной области пространства электрическое поле можно считать приближённо однородным, если напряжённость поля внутри этой области меняется незначительно.

Силовые линии электрического поля не замкнуты, они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Силовые линии непрерывны и не пересекаются, так как пересечение означало бы отсутствие определённого направления напряжённости электрического поля в данной точке.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Что такое электродинамика —
Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд —
Закон Кулона. Единица электрического заряда —
Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» —
Близкодействие и действие на расстоянии —
Электрическое поле —
Напряжённость электрического поля. Силовые линии —
Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей —
Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» —
Проводники в электростатическом поле —
Диэлектрики в электростатическом поле —
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле —
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов —
Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности —
Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» —
Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор —
Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов —
Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

На рисунке представлены магнитные линии. Магнитное поле

Темой этого урока будет магнитное поле и его графическое изображение. Мы обсудим неоднородное и однородное магнитное поле. Для начала дадим определение магнитному полю, расскажем, с чем оно связано и какими оно обладает свойствами. Научимся изображать его на графиках. Также узнаем, как определяется неоднородное и однородное магнитное поле.

Cегодня мы в первую очередь повторим, что такое магнитное поле. Магнитное поле —
силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами
.

Теперь необходимо отметить свойства магнитного поля
. Вы знаете, что с зарядом связано несколько полей. В частности, электрическое поле. Но мы будем обсуждать именно магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами. У магнитного поля несколько свойств. Первое: магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами
. Иными словами, магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Следующее свойство, которое говорит, как магнитное поле определяется. Определяется оно по действию на другой движущийся электрический заряд.
Или, говорят, на другой электрический ток. Наличие магнитного поля мы можем определить по действию на стрелку компаса, на т.н. магнитную стрелку.

Еще одно свойство: магнитное поле оказывает силовое действие
. Поэтому говорят, что магнитное поле материально.

Эти три свойства являются отличительными чертами магнитного поля. После того, как мы определились с тем, что такое магнитное поле, и определили свойства такого поля, необходимо сказать, как магнитное поле исследуют. В первую очередь магнитное поле исследуется при помощи рамки с током. Если мы возьмем проводник, сделаем из этого проводника круглую или квадратную рамку и по этой рамке будем пропускать электрический ток, то в магнитном поле эта рамка будет определенным образом поворачиваться.

Рис. 1. Рамка с током поворачивается во внешнем магнитном поле

По тому, как поворачивается эта рамка, мы можем судить о магнитном поле
. Только здесь есть одно важное условие: рамка должна быть очень маленькая или она должна быть очень малых размеров по сравнению с расстояниями, на которых мы изучаем магнитное поле. Такую рамку называют контур с током.

Исследовать магнитное поле мы можем и при помощи магнитных стрелок, размещая их в магнитном поле и наблюдая за их поведением.

Рис. 2. Действие магнитного поля на магнитные стрелки

Следующее, о чем мы будем говорить, о том, как можно изобразить магнитное поле. В результате исследований, которые были проведены в течение долгого времени, стало понятно, что магнитное поле удобно изображать при помощи магнитных линий. Чтобы пронаблюдать магнитные линии
, проделаем один эксперимент. Для нашего эксперимента потребуется постоянный магнит, металлические железные опилки, стекло и лист белой бумаги.

Рис. 3. Железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля

Магнит накрываем стеклянной пластиной, а сверху кладем лист бумаги, белый лист бумаги. Сверху на лист бумаги сыплем железные опилки. В результате будет видно, как проявляются линии магнитного поля. То, что мы увидим, — это линии магнитного поля постоянного магнита. Их еще называют иногда спектром магнитных линий. Заметьте, что линии существуют по всем трем направлениям, не только в плоскости.

Магнитная линия
— воображаемая линия, вдоль которой выстраивались бы оси магнитных стрелок.

Рис. 4. Схематическое изображение магнитной линии

Посмотрите, на рисунке представлено следующее: линия изогнутая, направление магнитной линии определяется направлением магнитной стрелки. Направление указывает северный полюс магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии именно при помощи стрелок.

Рис. 5. Как обозначается направление силовых линий

Теперь поговорим о свойствах магнитных линий. Во-первых, у магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это линии замкнутые.
Раз магнитные линии замкнуты, то не существует магнитных зарядов.

Второе: это линии, которые не пересекаются, не прерываются, не свиваются
каким-либо образом. При помощи магнитных линий мы можем характеризовать магнитное поле, представить себе не только его форму, но и говорить о силовом воздействии. Если изображать большую густоту таких линий, то в этом месте, в этой точке пространства, у нас силовое действие будет больше.

Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно
. Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным
. В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.

Рис. 6. Неоднородное магнитное поле

Во-первых, теперь мы уже знаем, что магнитные линии
можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.

На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.

Рис. 7. Однородное магнитное поле

Однородное магнитное поле — это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.

Список дополнительной литературы:

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. — М., 1974

Темы кодификатора ЕГЭ
: взаимодействие магнитов, магнитное поле проводника с током.

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

Взаимодействие магнитов

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс
и южный полюс
. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим
. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда
двухполюсные, они существуют только в виде диполей
. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей
— аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся
заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд,вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля
.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка
компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.

Линии магнитного поля

Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.

Например, можно получить некоторое геометрическое представление о магнитном поле, если разместить в разных точках пространства очень маленькие стрелки компаса. Опыт показывает, что стрелки выстроятся вдоль определённых линий -так называемых линий магнитного поля
. Дадим определение этого понятия в виде следующих трёх пунктов.

1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии
.

2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии
.

3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства
.

Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.

Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1
).

Рис. 1. Поле постоянного магнита

Северный полюс магнита обозначается синим цветом и буквой ; южный полюс — красным цветом и буквой . Обратите внимание, что линии поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс: ведь именно к южному полюсу магнита будет направлен северный конец стрелки компаса.

Опыт Эрстеда

Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.

Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.

Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2
(изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока. Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма. Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи
.

Рис. 2. Опыт Эрстеда

Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.

Магнитное поле прямого провода с током

Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3
).

Рис. 3. Поле прямого провода с током

Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.

Правило часовой стрелки
. Линии поля идут против часовой стрелки, если смотреть так, чтобы ток тёк на нас
.

Правило винта
(или правило буравчика
, или правило штопора
— это уж кому что ближе;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока
.

Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).

На рис. 3
появилось и кое-что новое: это вектор , который называется индукцией магнитного поля
, или магнитной индукцией
. Вектор магнитной индукции является аналогом вектора напряжённости электрического поля: он служит силовой характеристикой
магнитного поля, определяя силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды.

О силах в магнитном поле мы поговорим позже, а пока отметим лишь, что величина и направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции . В каждой точке пространства вектор направлен туда же,куда и северный конец стрелки компаса, помещённой в данную точку, а именно по касательной к линии поля в направлении этой линии. Измеряется магнитная индукция в теслах
(Тл).

Как и в случае электрического поля, для индукции магнитного поля справедлив принцип суперпозиции
. Он заключается в том, что индукции магнитных полей , создаваемых в данной точке различными токами, складываются векторно и дают результирующий вектор магнитной индукции:
.

Магнитное поле витка с током

Рассмотрим круговой виток, по которому циркулирует постоянный ток . Источник,создающий ток, мы на рисунке не показываем.

Картина линий поля нашего витка будет иметь приблизительно следующий вид (рис. 4
).

Рис. 4. Поле витка с током

Нам будет важно уметь определять, в какое полупространство (относительно плоскости витка) направлено магнитное поле. Снова имеем два альтернативных правила.

Правило часовой стрелки
. Линии поля идут туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки
.

Правило винта
. Линии поля идут туда, куда будет перемещаться винт (с обычной правой резьбой), если вращать его в направлении тока
.

Как видите, ток и поле меняются ролями — по сравнению с формулировками этих правил для случая прямого тока.

Магнитное поле катушки с током

Катушка
получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис. 5
— изображение с сайта en.wikipedia.org). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков. Катушка называется ещё соленоидом
.

Рис. 5. Катушка (соленоид)

Магнитное поле одного витка, как мы знаем, выглядит не очень-то просто. Поля? отдельных витков катушки накладываются друг на друга, и, казалось бы, в результате должна получиться совсем уж запутанная картина. Однако это не так: поле длинной катушки имеет неожиданно простую структуру (рис. 6
).

Рис. 6. поле катушки с током

На этом рисунке ток в катушке идёт против часовой стрелки, если смотреть слева (так будет, если на рис. 5
правый конец катушки подключить к «плюсу» источника тока, а левый конец — к «минусу»). Мы видим, что магнитное поле катушки обладает двумя характерными свойствами.

1. Внутри катушки вдали от её краёв магнитное поле является однородным
: в каждой точке вектор магнитной индукции одинаков по величине и направлению. Линии поля — параллельные прямые; они искривляются лишь вблизи краёв катушки, когда выходят наружу.

2. Вне катушки поле близко к нулю. Чем больше витков в катушке — тем слабее поле снаружи неё.

Заметим, что бесконечно длинная катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным.

Ничего не напоминает? Катушка является «магнитным» аналогом конденсатора. Вы же помните, что конденсатор создаёт внутри себя однородное электрическое поле, линии которого искривляются лишь вблизи краёв пластин, а вне конденсатора поле близко к нулю; конденсатор с бесконечными обкладками вообще не выпускает поле наружу, а всюду внутри него поле однородно.

А теперь — главное наблюдение. Сопоставьте, пожалуйста, картину линий магнитного поля вне катушки (рис. 6
) с линиями поля магнита на рис. 1
. Одно и то же, не правда ли? И вот мы подходим к вопросу, который, вероятно, у вас уже давно возник: если магнитное поле порождается токами и действует на токи, то какова причина возникновения магнитного поля вблизи постоянного магнита? Ведь этот магнит вроде бы не является проводником с током!

Гипотеза Ампера. Элементарные токи

Поначалу думали, что взаимодействие магнитов объясняется особыми магнитными зарядами, сосредоточенными на полюсах. Но, в отличие от электричества, никто не мог изолировать магнитный заряд; ведь, как мы уже говорили, не удавалось получить по отдельности северный и южный полюс магнита — полюса всегда присутствуют в магните парами.

Сомнения насчёт магнитных зарядов усугубил опыт Эрстеда, когда выяснилось, что магнитное поле порождается электрическим током. Более того, оказалось, что для всякого магнита можно подобрать проводник с током соответствующей конфигурации, такой, что поле этого проводника совпадает с полем магнита.

Ампер выдвинул смелую гипотезу. Нет никаких магнитных зарядов. Действие магнита объясняется замкнутыми электрическими токами внутри него
.

Что это за токи? Эти элементарные токи
циркулируют внутри атомов и молекул; они связаны с движением электронов по атомным орбитам. Магнитное поле любого тела складывается из магнитных полей этих элементарных токов.

Элементарные токи могут быть беспорядочным образом расположены друг относительно друга. Тогда их поля взаимно погашаются, и тело не проявляет магнитных свойств.

Но если элементарные токи расположены согласованно,то их поля,складываясь,усиливают друг друга. Тело становится магнитом (рис. 7
; магнитое поле будет направлено на нас; также на нас будет направлен и северный полюс магнита).

Рис. 7. Элементарные токи магнита

Гипотеза Ампера об элементарных токах прояснила свойства магнитов.Нагревание и тряска магнита разрушают порядок расположения его элементарных токов, и магнитные свойства ослабевают. Неразделимость полюсов магнита стала очевидной: в месте разреза магнита мы получаем те же элементарные токи на торцах. Способность тела намагничиваться в магнитном поле объясняется согласованным выстраиванием элементарных токов, «поворачивающихся» должным образом (о повороте кругового тока в магнитном поле читайте в следующем листке).

Гипотеза Ампера оказалась справедливой — это показало дальнейшее развитие физики. Представления об элементарных токах стали неотъемлемой частью теории атома, разработанной уже в ХХ веке — почти через сто лет после гениальной догадки Ампера.

Из курса физики 8 класса вы знаете, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создаётся электронами, направленно движущимися вдоль проводника. Магнитное поле возникает и в том случае, когда ток проходит через раствор электролита, где носителями зарядов являются положительно и отрицательно заряженные ионы, движущиеся навстречу друг другу.

Поскольку электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создаётся движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.

Напомним, что, согласно гипотезе Ампера, в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи.

На рисунке 85 показано, что в постоянных магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Рис. 85. Иллюстрация гипотезы Ампера

Для наглядного представления магнитного поля используются магнитные линии (их называют также линиями магнитного поля) 1 . Напомним, что магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещённые в магнитное поле.

Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле.

На рисунке 86 показано, что магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

Рис. 86. В любой точке магнитной линии касательная к ней совпадает с осью магнитной стрелки, помещённой в эту точку

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

Из рисунка 86 видно, что за направление магнитной линии в какой-либо её точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в эту точку.

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее. Например, поле, изображённое на рисунке 87, слева сильнее, чем справа.

Рис. 87. Магнитные линии ближе друг к другу в тех местах, где магнитное поле сильнее

Таким образом, по картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля (т. е. о том, в каких точках пространства поле действует на магнитную стрелку с большей силой, а в каких — с меньшей).

Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита (рис. 88). Из курса физики 8 класса вы знаете, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.

Рис. 88. Картина магнитного поля постоянного полосового магнита

Рис. 89. Магнитные линии магнитного поля,созданного прямолинейным проводником с током

Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на неё поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.

Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещённую в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Ещё одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке 89 изображён участок такого проводника, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам, как будто мы видим остриё стрелы, указывающей направление тока (ток, направленный от нас за чертёж, обозначают крестиком, как будто мы видим хвостовое оперение стрелы, направленной по току).

Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.

В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

На рисунке 90 показано магнитное поле, возникающее внутри соленоида — проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Из этого рисунка видно, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Рис. 90. Магнитное поле соленоида

Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (см. рис. 88).

Для изображения магнитного поля пользуются следующим приёмом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертёж, то их изображают крестиками (рис. 91, а), а если из-за чертежа к нам — то точками (рис. 91, б). Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — остриё стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).

Рис. 91. Линии магнитного поля, направленные перпендикулярно плоскости чертежа: а — от наблюдателя; б — к наблюдателю

Вопросы

1. Что является источником магнитного поля?
2. Чем создаётся магнитное поле постоянного магнита?
3. Что такое магнитные линии? Что принимают за их направление в какой-либо её точке?
4. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле, линии которого прямолинейны; криволинейны?
5. 0 чём можно судить по картине линий магнитного поля?
6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита; вокруг прямолинейного проводника с током; внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?
7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля; однородного магнитного поля?
8. Чем отличается расположение магнитных линий в неоднородном и однородном магнитных полях?

Упражнение 31

1 В § 37 будет дано более точное название и определение этих линий.

Каталог заданий.
Задания Д13. Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

По лёгкой про­во­дя­щей рамке, рас­по­ло­жен­ной между по­лю­са­ми под­ко­во­об­раз­но­го магнита, про­пу­сти­ли элек­три­че­ский ток, на­прав­ле­ние ко­то­ро­го ука­за­но на ри­сун­ке стрелками.

Решение.

Магнитное поле будет на­прав­ле­но от се­вер­но­го по­лю­са маг­ни­та к юж­но­му (перпендикулярно сто­ро­не АБ рамки). На сто­ро­ны рамки с током дей­ству­ет сила Ампера, на­прав­ле­ние ко­то­рой опре­де­ля­ет­ся по пра­ви­лу левой руки, а ве­ли­чи­на равна где — сила тока в рамке, — ве­ли­чи­на маг­нит­ной ин­дук­ции поля магнита, — длина со­от­вет­ству­ю­щей сто­ро­ны рамки, — синус угла между век­то­ром маг­нит­ной ин­дук­ции и на­прав­ле­ни­ем тока. Таким образом, на АБ сто­ро­ну рамки и сто­ро­ну па­рал­лель­ную ей будут дей­ство­вать силы, рав­ные по величине, но про­ти­во­по­лож­ные по на­прав­ле­нию: на левую сто­ро­ну «от нас», а на пра­вую «на нас». На осталь­ные сто­ро­ны силы дей­ство­вать не будут, по­сколь­ку ток в них течет па­рал­лель­но си­ло­вым ли­ни­ям поля. Таким об­ра­зом рамка начнёт вра­щать­ся по ча­со­вой стрелке, если смот­реть сверху.

По мере по­во­ро­та направление силы будет ме­нять­ся и в тот момент, когда рамка повернётся на 90° вра­ща­ю­щий момент сме­нит направление, таким образом, рамка не будет про­во­ра­чи­вать­ся дальше. Не­ко­то­рое время рамка будет ко­ле­бать­ся в таком положении, а затем ока­жет­ся в положении, ука­зан­ном на ри­сун­ке 4.

Ответ: 4

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.

По ка­туш­ке идёт элек­три­че­ский ток, на­прав­ле­ние ко­то­ро­го по­ка­за­но на рисунке. При этом на кон­цах же­лез­но­го сер­деч­ни­ка катушки

1) образуются маг­нит­ные полюса: на конце 1 — се­вер­ный полюс; на конце 2 — южный

2) образуются маг­нит­ные полюса: на конце 1 — южный полюс; на конце 2 — северный

3) скапливаются элек­три­че­ские заряды: на конце 1 — от­ри­ца­тель­ный заряд; на конце 2 — положительный

4) скапливаются элек­три­че­ские заряды: на конце 1 — по­ло­жи­тель­ный заряд; на конце 2 — отрицательны

Решение.

При дви­же­нии за­ря­жен­ных ча­стиц все­гда воз­ни­ка­ет маг­нит­ное поле. Вос­поль­зу­ем­ся пра­ви­лом пра­вой руки для опре­де­ле­ния на­прав­ле­ния век­то­ра маг­нит­ной индукции: на­пра­вим паль­цы по линии тока, тогда ото­гну­тый боль­шой палец ука­жет на­прав­ле­ние век­то­ра маг­нит­ной индукции. Таким образом, линии маг­нит­ной ин­дук­ции на­прав­ле­ны из конца 1 к концу 2. Линии маг­нит­но­го поля вхо­дят в южный маг­нит­ный полюс и вы­хо­дят из северного.

Правильный ответ указан под номером
2.

Примечание.

Внутри магнита (катушки) линии маг­нит­но­го поля идут от южного полюса к северному.

Ответ: 2

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326., ОГЭ-2019. Основная волна. Вариант 54416

На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

Решение.

Поскольку магнитные линии замкнуты, полюса не могут быть одновременно южными или северными. Буква N (North) обозначает северный полюс, S (South) — южный. Северный полюс притягивается к южному. Следовательно, область 1 — южный полюс, область 2 — северный полюс.

магнитное поле | Определение и факты

Наблюдайте за действием магнитного поля и взаимодействием между магнитными полюсами.

Узнайте о магнитных полях и взаимодействиях между магнитными полюсами.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

магнитное поле , векторное поле в окрестности магнита, электрический ток или изменяющееся электрическое поле, в котором наблюдаются магнитные силы. Магнитные поля, такие как у Земли, заставляют стрелки магнитного компаса и другие постоянные магниты выстраиваться в линию в направлении поля.Магнитные поля заставляют электрически заряженные частицы двигаться по круговой или винтовой траектории. Эта сила, действующая на электрические токи в проводах в магнитном поле, лежит в основе работы электродвигателей. (Для получения дополнительной информации о магнитных полях, см. магнетизм.

Вокруг постоянного магнита или провода, по которому проходит постоянный электрический ток в одном направлении, магнитное поле является стационарным и называется магнитостатическим полем. В любой заданной точке его величина и направление остается прежним.Магнитное поле вокруг переменного или постоянного тока постоянно меняет свою величину и направление.

Подробнее по этой теме

Магнетизм: основы

Основными для магнетизма являются магнитное поле с и их влияние на материю, как, например, отклонение движущихся зарядов …

Магнитные поля могут быть представлены непрерывными силовыми линиями или магнитным потоком, которые выходят из направленных на север магнитных полюсов и входят в южные магнитные полюса.Плотность линий указывает величину магнитного поля. Например, на полюсах магнита, где сильное магнитное поле, силовые линии сжимаются или становятся более плотными. Дальше, где магнитное поле слабое, они разветвляются, становясь менее плотными. Однородное магнитное поле представлено параллельными прямыми, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга. Направление потока — это направление, в котором указывает северный полюс небольшого магнита. Линии потока непрерывны, образуя замкнутые контуры.В случае стержневого магнита они выходят из северного полюса, расходятся веером, входят в магнит на южном полюсе и проходят через магнит к северному полюсу, где снова появляются. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер. Количество веберов — это мера общего количества линий поля, пересекающих данную область.

Магнитные поля могут быть представлены математически величинами, называемыми векторами, которые имеют направление, а также величину. Два разных вектора используются для представления магнитного поля: один, называемый плотностью магнитного потока или магнитной индукцией, обозначается как B ; другой, называемый напряженностью магнитного поля или напряженностью магнитного поля, обозначается как H .Магнитное поле H можно рассматривать как магнитное поле, создаваемое протеканием тока в проводах, а магнитное поле B — как полное магнитное поле, включая также вклад, вносимый магнитными свойствами материалов в поле. Когда ток течет в проволоке, намотанной на цилиндр из мягкого железа, намагничивающее поле H довольно слабое, но фактическое среднее магнитное поле ( B ) внутри утюга может быть в тысячи раз сильнее, поскольку B значительно усилен выравниванием бесчисленных крошечных естественных атомных магнитов железа в направлении поля. См. Также магнитная проницаемость.

The Editors of Encyclopaedia Britannica Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Магнитные поля и линии — Университетская физика, том 2

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите магнитное поле на основе движущегося заряда, на который действует сила
• Применить правило правой руки для определения направления магнитной силы на основе движения заряда в магнитном поле
• Нарисуйте линии магнитного поля, чтобы понять, в какую сторону направлено магнитное поле и насколько оно сильно в определенной области космоса.

Мы обрисовали в общих чертах свойства магнитов, описали их поведение и перечислили некоторые области применения магнитных свойств.Несмотря на то, что не существует таких вещей, как изолированные магнитные заряды, мы все же можем определить притяжение и отталкивание магнитов как основанное на поле. В этом разделе мы определяем магнитное поле, определяем его направление на основе правила правой руки и обсуждаем, как рисовать силовые линии магнитного поля.

Определение магнитного поля

Магнитное поле определяется силой, которую испытывает заряженная частица, движущаяся в этом поле, после того, как мы учтем гравитационные и любые дополнительные электрические силы, возможные на заряд.Величина этой силы пропорциональна величине заряда q , скорости заряженной частицы v и величине приложенного магнитного поля. Направление этой силы перпендикулярно как направлению движущейся заряженной частицы, так и направлению приложенного магнитного поля. Основываясь на этих наблюдениях, мы определяем напряженность магнитного поля B на основе магнитной силы на заряде q , движущемся со скоростью, как перекрестное произведение скорости и магнитного поля, то есть

Фактически, именно так мы определяем магнитное поле — в терминах силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.Величина силы определяется из определения перекрестного произведения, поскольку оно относится к величине каждого из векторов. Другими словами, величина силы удовлетворяет

, где θ — угол между скоростью и магнитным полем.

Единица СИ для напряженности магнитного поля B называется тесла (Тл) в честь эксцентричного, но блестящего изобретателя Николы Тесла (1856–1943), где

Меньшая единица измерения, называемая гауссом (G), где иногда используется.Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл или более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 0,5 Гс.

Стратегия решения проблем: направление магнитного поля по правилу правой руки

Направление магнитной силы перпендикулярно плоскости, образованной и определяемым правилом правой руки-1 (или RHR-1), которое проиллюстрировано на (Рисунок).

1. Сориентируйте правую руку так, чтобы пальцы сгибались в плоскости, определяемой векторами скорости и магнитного поля.
2. Правой рукой проведите пальцами от скорости к магнитному полю под наименьшим возможным углом.
3. Магнитная сила направлена ​​туда, куда указывает ваш большой палец.
4. Если заряд был отрицательным, измените направление, определенное этими шагами.

На статические заряды не действует магнитная сила. Однако на заряды, движущиеся под углом к ​​магнитному полю, действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не влияют на магниты.Однако, когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые действуют на другие магниты. Когда есть относительное движение, возникает связь между электрическими и магнитными силами — одна влияет на другую.

Альфа-частица, движущаяся в магнитном поле Альфа-частица движется через однородное магнитное поле величиной 1,5 Тл. Поле прямо параллельно положительной оси z прямоугольной системы координат (рисунок). Какова магнитная сила на альфа-частицу, когда она движется (а) в положительном направлении x со скоростью (b) в отрицательном направлении y со скоростью (c) в положительном направлении z — направление со скоростью (d) со скоростью

Магнитные силы, действующие на альфа-частицу, движущуюся в однородном магнитном поле.Поле на каждом рисунке одно и то же, но скорость разная.

Стратегия Нам даны заряд, его скорость, сила и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение или для расчета силы. Направление силы определяется RHR-1.

Решение

1. Во-первых, чтобы определить направление, начните с того, что пальцы будут указывать в положительном направлении x . Проведите пальцами вверх по направлению магнитного поля.Ваш большой палец должен указывать в отрицательном направлении y . Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем заданные заряд, скорость и магнитное поле, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:
2. Во-первых, чтобы определить направленность, начните с того, что пальцы будут указывать в отрицательном направлении y . Проведите пальцами вверх в направлении магнитного поля, как в предыдущей задаче. Ваш большой палец должен быть открыт в отрицательном направлении x .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем заданные заряд, скорость и магнитное поле, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:

   Альтернативный подход — использовать (рисунок), чтобы найти величину силы. Это применимо к обеим частям (а) и (б). Поскольку скорость перпендикулярна магнитному полю, угол между ними составляет 90 градусов. Следовательно, величина силы равна:

3. Поскольку скорость и магнитное поле параллельны друг другу, нет ориентации вашей руки, которая приведет к направлению силы.Следовательно, сила, действующая на этот движущийся заряд, равна нулю. Это подтверждается кросс-произведением. Когда вы пересекаете два вектора, указывающих в одном направлении, результат равен нулю.
4. Во-первых, чтобы определить направление, ваши пальцы могут указывать в любом направлении; однако вы должны поднять пальцы вверх в направлении магнитного поля. Вращая руку, обратите внимание, что большой палец может указывать в любом направлении x или y , но не в направлении z .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем заданные заряд, скорость и магнитное поле, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:

   Это решение можно переписать с точки зрения величины и угла в плоскости xy :

   Величину силы также можно рассчитать с помощью (Рисунок). Однако скорость в этом вопросе состоит из трех компонентов. Компонентой скорости z можно пренебречь, потому что она параллельна магнитному полю и, следовательно, не создает силы.Величина скорости вычисляется из компонентов x и y . Угол между скоростью в плоскости xy и магнитным полем в плоскости z составляет 90 градусов. Следовательно, сила рассчитывается как:

   Это та же величина силы, рассчитанная с помощью единичных векторов.

Значение Перекрестное произведение в этой формуле дает третий вектор, который должен быть перпендикулярен двум другим.Другие физические величины, такие как угловой момент, также имеют три вектора, которые связаны перекрестным произведением. Обратите внимание, что типичные значения силы в задачах магнитной силы намного больше, чем сила тяжести. Следовательно, для изолированного заряда магнитная сила является доминирующей силой, управляющей движением заряда.

Проверьте свое понимание Повторите предыдущую задачу с магнитным полем в направлении x , а не в направлении z .Проверьте свои ответы с помощью RHR-1.

Представление магнитных полей

Представление магнитных полей в виде силовых линий очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на (Рисунок), каждая из этих линий образует замкнутый цикл, даже если это не показано ограничениями пространства, доступного для фигуры. Силовые линии выходят из северного полюса (N), огибают южный полюс (S) и проходят через стержневой магнит обратно к северному полюсу.

Силовые линии магнитного поля подчиняются нескольким жестким правилам:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
2. Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
4. Силовые линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они направлены от северного полюса к южному полюсу.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые обычно начинаются на положительных зарядах и заканчиваются отрицательными зарядами или на бесконечности. Если бы изолированные магнитные заряды (называемые магнитными монополями) существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Магнитные силовые линии определяют направление, в котором указывает маленький компас при размещении в определенном месте в поле. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры. Чтобы уместиться в разумном пространстве, некоторые из этих рисунков могут не показывать замыкание петель; однако, если бы было предоставлено достаточно места, петли были бы закрыты.

Сводка

• Заряды, движущиеся поперек магнитного поля, испытывают силу, определяемую: Сила перпендикулярна плоскости, образованной и
• Направление силы, действующей на движущийся заряд, определяется правилом правой руки 1 (RHR-1): проведите пальцами в плоскости скорости, магнитного поля.Начните с направления их в направлении скорости и разверните в сторону магнитного поля. Ваш большой палец указывает в направлении магнитной силы положительных зарядов.
• Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, которые обладают следующими свойствами:
  1. Поле касается силовой линии магнитного поля.
  2. Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
  3. Линии поля не могут пересекаться.
  4. Линии поля образуют непрерывные замкнутые контуры.
• Магнитные полюса всегда встречаются парами северный и южный — невозможно изолировать северный и южный полюса.

Концептуальные вопросы

Обсудите сходства и различия между электрической силой, действующей на заряд, и магнитной силой, действующей на заряд.

Оба зависят от поля. Электрическая сила зависит от заряда, тогда как магнитная сила зависит от тока или скорости потока заряда.

(a) Может ли магнитная сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле, равняться нулю? б) Может ли электрическая сила, действующая на заряд, движущийся в электрическом поле, равняться нулю? (c) Возможно ли, чтобы равнодействующая электрических и магнитных сил на заряде, движущемся одновременно через оба поля, была равна нулю?

Проблемы

Каково направление магнитной силы на положительный заряд, который движется, как показано в каждом из шести случаев?

а.левый; б. на страницу; c. вверх по странице; d. нет силы; е. правильно; f. вниз

Повторите предыдущее упражнение для отрицательного заряда.

Каково направление скорости отрицательного заряда, который испытывает магнитную силу, показанную в каждом из трех случаев, если предположить, что он движется перпендикулярно B ?

а. правильно; б. на страницу; c. вниз

Повторите предыдущее упражнение для получения положительного заряда.

Каково направление магнитного поля, которое создает магнитную силу для положительного заряда, как показано в каждом из трех случаев, при условии, что оно перпендикулярно?

а.на страницу; б. левый; c. вне страницы

Повторите предыдущее упражнение для отрицательного заряда.

(a) Летательные аппараты иногда накапливают небольшие статические заряды. Предположим, что сверхзвуковая струя имеет заряд 0,500 мкКл и летит строго на запад со скоростью 660 м / с над южным магнитным полюсом Земли, где магнитное поле направлено прямо в землю. Каковы направление и величина магнитной силы на плоскости? (b) Обсудите, подразумевает ли значение, полученное в части (a), это существенное или незначительное влияние.

а. север б. Сила очень мала, поэтому это означает, что влияние статических зарядов на самолеты незначительно.

(a) Протон космических лучей, движущийся по направлению к Земле, испытывает магнитную силу, равную силе магнитного поля, если между ним и скоростью протона существует угол 45º? (b) Значение, полученное в части а. согласуется с известной силой магнитного поля Земли на ее поверхности? Обсуждать.

Электрон движется в 1.Магнитное поле 25 Тл испытывает магнитную силу. Какой угол составляет скорость электрона с магнитным полем? Есть два ответа.

(a) Физик, выполняющий чувствительное измерение, хочет ограничить магнитную силу, действующую на движущийся заряд в своем оборудовании, до значения, меньшего, чем. Какой самый большой заряд может быть, если он движется с максимальной скоростью 30,0 м / с в поле Земли? (b) Обсудите, будет ли сложно ограничить заряд до значения, меньшего, чем значение, указанное в (a), сравнив его с типичным статическим электричеством и отметив, что статическое электричество часто отсутствует.

Глоссарий

гаусс

Гс — единица напряженности магнитного поля;

силовые линии магнитного поля

непрерывная кривая, показывающая направление магнитного поля; эти линии указывают в том же направлении, что и компас, к южному магнитному полюсу стержневого магнита

магнитная сила

Сила, приложенная к заряженной частице, движущейся через магнитное поле

линейка правая-1

правой рукой определите направление магнитной силы, скорости заряженной частицы или магнитного поля

тесла

Единица СИ для магнитного поля: 1 Тл = 1 Н / А-м

Силовые линии Фарадея и теория электромагнитного поля Максвелла

Примечание редактора: В честь 150-летия создания уравнений Максвелла для нас большая честь представить вам главу из книги Жизнь Джеймса Клерка Максвелла , оригинальная биография 1882 года Джеймса Клерка Максвелла.Эта глава, озаглавленная «Силовые линии Фарадея и теория электромагнитного поля Максвелла», дает уникальное понимание теории электромагнитных полей Максвелла.

Эта статья была охарактеризована покойным королевским астрономом как «одно из самых замечательных приложений математики к физике, которые я когда-либо видел».

Но, несмотря на упомянутые выше исследования и множество других оригинальных работ почти по всем отраслям физической науки, именно благодаря своим исследованиям в области электричества и молекулярных наук Максвелл занимает видное место среди ученых нынешнего столетия.После получения степени в 1854 году Максвелл прочитал «Экспериментальные исследования» Фарадея, курс, которым он всегда рекомендовал своим студентам следовать. У Фарадея он обнаружил ум, по сути, своего типа. Тщательно знаком с теорией притяжения, разработанной в «Математических трактатах», и с законами электрического действия, проиллюстрированными сэром Уильямом Томсоном в его статье «Равномерное движение тепла в однородных твердых телах и его связь с математической теорией Электричество »в статье, опубликованной в« Кембриджском математическом журнале »в феврале 1842 г., и« О механическом представлении электрических, магнитных и гальванических сил », опубликованной в« Кембриджском и Дублинском математическом журнале »в январе 1847 г., Максвелл увидел связь между точкой зрения Фарадея. точка зрения и метод исследования, принятый математиками.Он имел обыкновение говорить, что у него не был хороший нюх, чтобы нюхать ересь, но все хорошее и правдивое Максвелл обнаруживал под массой заблуждений или даже лжи, которые собрались вокруг него и которые вызывали его отторжение почти всеми остальными. без запроса. Фарадеевскую концепцию среды он использовал в качестве руководства в своих электрических исследованиях.

До шестнадцатого века все, что было известно об электричестве, было тем фактом, что янтарь при трении обладает способностью притягивать световые тела.Доктором Гилбертом из Колчестера, врачом королевы Елизаветы и его основателем науки об электричестве, было показано (Physiologia Nova, 1600), которыми обладают различные вещества. С этого времени в экспериментальной части науки был достигнут быстрый прогресс, и закон, согласно которому притяжение или отталкивание между двумя маленькими телами, заряженными электричеством, изменяется в зависимости от зарядов, а расстояние между ними, был определен Кулоном с его торсионом. баланс, инструмент, ценность которого для экспериментатора трудно переоценить.Но именно Кавендишу (1771-1781) мы в основном обязаны основанием математической теории электричества и высочайшим экспериментальным доказательством закона электрического действия. Поскольку подготовка к печати книги «Электрические исследования достопочтенного Генри Кавендиша» была последним вкладом Максвелла в науку, работа была опубликована всего за несколько недель до его смерти, мы снова должны будем сослаться на исследования Кавендиша, и нам нужно только указать что его эксперименты убедительно и наилучшим образом, насколько позволяли инструменты, имеющиеся в его распоряжении, доказали, что притяжение или отталкивание между двумя маленькими заряженными телами прямо пропорционально произведению их зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, так что закон электрического действия такой же, как закон тяготения Ньютона, за исключением того, что напряжение между одинаково заряженными телами является отталкивающим, а напряжение между разноименно заряженными телами — притягивающим.После Кавендиша сравнительно немногое было добавлено к теории статического электричества, если не считать сложных математических исследований конкретных проблем Пуассоном и работ Джорджа Грина, которые до недавнего времени читались немногими и оценивались лишь двумя или тремя людьми. пока Фарадей не занялся этой темой. Большая часть работ Кавендиша оставалась неопубликованной и неизвестной, а некоторые из его результатов были независимо получены Фарадеем. Трудно представить, как бы повлиял на разум Фарадея «мысли Кавендиша об электричестве», а также его собственные отчеты о своих экспериментах.Возможно, для мира будет лучше, если Фарадею позволят работать и думать независимо; Безусловно, как для математиков, так и для физиков было благом, что Максвелл, казалось, разъяснял и развивал, если не совершенствовал, работу обоих.

Математическая теория притяжения до времен Фарадея достигла очень высокой степени развития в руках Лапласа, Лагранжа, Пуассона и других и могла быть применена для решения многих очень интересных задач электричества.Но Фарадея не удовлетворила гипотеза о прямом действии на расстоянии между зарядами электричества, и он считал, что должен существовать какой-то механизм, с помощью которого электрические и электромагнитные воздействия могут передаваться от точки к точке. Не все аргументы, которыми он поддерживал эту точку зрения, являются убедительными, поскольку сила, действующая на наэлектризованное тело, и индуцированная электризация любого проводника будут одинаковыми, независимо от того, принимаем ли мы гипотезу прямого действия на расстоянии или передачи электрического воздействия в пространстве. линии, прямые или изогнутые, через промежуточную среду.Но любая точка зрения, независимо от того, являются ли аргументы в ее пользу убедительными или нет, имеет ценность, если она побуждает нас более тщательно исследовать механизм, с помощью которого возникает феномен; и, таким образом, концепция Фарадея о силовых линиях, передаваемых через среду и оказывающих напряжение и давление везде, где они могут быть найдены, имеет большую ценность как инструмент интеллектуального исследования, чем теория электромагнетизма Вебера, какой бы совершенной она ни была. с математической точки зрения.

Следующая цитата из предисловия к книге «Электричество и магнетизм» описывает взгляды Максвелла на Фарадея его собственными словами (см. Также статью Максвелла о «Фарадее» в Ency.Брит., 9 изд.):

Перед тем, как я начал изучать электричество, я решил не читать математику по этому предмету, пока я сначала не прочитаю «Экспериментальные исследования электричества» Фарадея. Я знал, что должна была существовать разница между подходом Фарадея к пониманию явлений и подходом математиков, так что ни он, ни они не были удовлетворены языком друг друга. Я также был убежден, что это несоответствие не возникло из-за того, что одна из сторон ошибалась. Впервые в этом меня убедил сэр Уильям Томсон, советам и помощи которого, а также его опубликованным статьям я обязан большей частью того, что я узнал по этому вопросу.

По мере того, как я продолжал изучать Фарадея, я понял, что его метод представления явлений также был математическим, хотя и не был представлен в традиционной форме математических символов. Я также обнаружил, что эти методы можно было выразить в обычных математических формах, и их можно было сравнить с методами математиков.

Например, Фарадей мысленным взором видел силовые линии, пересекающие все пространство, а математики видели центры силы, притягивающиеся на расстоянии; Фарадей видел медиума, в котором они не видели ничего, кроме расстояния; Фарадей искал причину явлений в реальных действиях, происходящих в среде, они были удовлетворены тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, воздействующем на электрические жидкости.

Предположим, что небольшое положительно наэлектризованное тело начинается из точки, близкой к положительно наэлектризованной поверхности, и предположим, что оно всегда движется в том направлении, в котором его подталкивает действующая на него сила, оно, конечно, будет отталкиваться поверхность, и будет двигаться по некоторому прямому или изогнутому пути и будет продолжать движение бесконечно, сила уменьшаться по мере продвижения, если только он не встретится с отрицательно наэлектризованной поверхностью, которая будет притягивать его, и вступит в контакт с этой поверхностью. прекратится.Путь, проложенный таким маленьким наэлектризованным телом, составляет силовую линию Фарадея, которая, следовательно, является линией, направление которой в любой точке совпадает с направлением равнодействующей силы в этой точке. Такие силовые линии всегда исходят от положительно наэлектризованных поверхностей и заканчиваются отрицательно наэлектризованными поверхностями; или, в противном случае, они должны идти до бесконечности. Силовые линии, исходящие от положительно наэлектризованного тела, помещенного в комнату, если поблизости нет других отрицательно заряженных тел, обычно заканчиваются на стенах, полу и потолке комнаты или на объектах в комнате при электрической связи. с этими.Таким образом, Фарадей задумал, что все пространство, в котором действует электрическая сила, проходит через силовые линии, которые в каждой точке указывают направление результирующей силы в этой точке. Но Фарадей пошел дальше этого: он задумал заставить силовые линии также представлять интенсивность силы в каждой точке, так что, когда сила велика, линии могли быть близко друг к другу и далеко друг от друга, когда сила маленький; и поскольку сила в окрестности небольшого заряженного тела пропорциональна заряду, он попытался достичь этой цели, вычерчивая из каждой положительно наэлектризованной поверхности ряд силовых линий, пропорциональных его заряду, и создавая такое же количество линий сила оканчивается на каждой отрицательно наэлектризованной поверхности.В статье под названием «О силовых линиях Фарадея», прочитанной в Кембриджском философском обществе 10 декабря 1855 г. и 11 февраля 1856 г., Максвелл показал, что если система линий может быть проведена в соответствии с методом Фарадея, то в силу закона электрического действия, равного обратному квадрату расстояния, количество силовых линий, проходящих через единицу площади любой поверхности, проведенных перпендикулярно направлению силы, пропорционально величине силы в окрестности, и что количество линий, проходящих через единицу площади любой другой поверхности, пропорционально составляющей силы, перпендикулярной этой поверхности.Максвелл поэтому представил положительно наэлектризованные поверхности, от которых линии начали разделяться на области, каждая из которых содержит одну единицу электричества, и силовые линии, проводимые через каждую точку каждой ограничивающей линии. Таким образом, эти линии делят все пространство на «единичные трубки», границы которых являются силовыми линиями, и Максвелл показал, что в силу «закона обратных квадратов» сила в любой точке в любом направлении обратно пропорциональна силе. площадь сечения единичной силовой трубки плоскостью, перпендикулярной этому направлению.Максвелл далее показал, что на отрицательно наэлектризованной поверхности, на которой заканчиваются эти трубки, каждая трубка будет заключать в себе одну единицу отрицательного электричества, и, следовательно, если металлическая поверхность будет введена так, чтобы разрезать силовые линии, поверхность будет помещена справа. под углом к ​​трубке, единица отрицательного электричества будет индуцироваться на каждой части поверхности, содержащейся в следе силовой трубки; и, следовательно, в любой изотропной среде эти единичные силовые трубки также являются единичными индукционными трубками.Следовательно, если система силовых трубок будет соединена с какой-либо электрифицированной системой и в соответствии с этим планом, все пространство, в котором действует сила, будет разделено на трубки, каждая из которых происходит от блока положительного электричества и заканчивается на единице отрицательного электричества, в то время как направление силы в любой точке будет указываться направлением силы трубки, а величина силы будет обратно пропорциональна площади поперечного сечения трубки.Теперь, если бы закон силы был любым, кроме закона обратного квадрата, и трубки были бы нарисованы, начиная с наэлектризованной поверхности, как указано выше, и так, что площадь любого участка трубки обратно пропорциональна силе, действующей через сечения эти трубки либо оставляли бы промежутки между собой, когда они удалялись от поверхности, либо пересекали бы друг друга; так что только для закона обратных квадратов возможна описанная выше система трубок. Фарадей указал, что существует не только напряжение, прилагаемое вдоль каждой силовой линии, но что несколько линий оказывают отталкивание друг к другу, и Максвелл показал, что напряжение вдоль силовых линий сопровождается одинаковым давлением во всех направлениях на под прямым углом к ​​этим линиям, соответствует равновесию среды.Взяв иллюстрацию потока воды в реке, Максвелл указал, что линии потока или пути, по которым текут частицы воды, аналогичны линиям электрической силы, причем скорость воды аналогична силе силы. Если предположить, что река разделена на трубы, границы которых представляют собой линии потока, и если эти трубы нарисованы так, что единичный объем воды проходит через определенный участок каждой трубы за секунду, тогда, если поток будет при постоянном режиме единичный объем воды будет течь через каждую секцию каждой трубки за секунду, поскольку вода не входит и не выходит из трубки, кроме как на ее концах.Такие трубы можно назвать единичными трубками потока, и, если в реку не входят притоки, будет одинаковое количество единичных трубок, пересекающих каждый участок реки. Когда дно расширяется, сечение каждой трубы увеличивается, всегда обратно пропорционально скорости воды, и, следовательно, количество единичных трубок потока, которые пересекают любую единицу площади в поперечном сечении реки, будет пропорционально скорости. воды по соседству. Таким образом, такая система трубок будет представлять как направление движения, так и скорость воды в каждой точке и будет точно соответствовать, mutatis mutandis, системе единичных трубок электрической силы.

Следующее письмо было адресовано Максвеллу Фарадеем после получения копии статьи о «Линии силы»:

Albemarle Street, W.,
, 25 марта 1857 г.
МОЙ ДОРОГОЙ Сэр Я получил вашу газету и большое вам спасибо за нее. Я не говорю, что осмеливаюсь благодарить вас за то, что вы сказали о «Линиях силы», потому что я знаю, что вы сделали это в интересах философской истины; но вы должны предположить, что это работа, которая мне благодарна и дает мне много сил подумать.Сначала я был почти напуган, когда увидел такую ​​математическую силу, воздействующую на предмет, а затем удивился, увидев, что испытуемый так хорошо выдержал это. Я отправляю вам этим письмом еще одну бумагу; Интересно, что вы на это скажете. Я надеюсь, однако, какими бы смелыми ни были эти мысли, вы, возможно, найдете причину смириться с ними. Я надеюсь этим летом провести несколько экспериментов со временем магнитного воздействия, или, скорее, со временем, необходимым для принятия электротонического состояния вокруг провода, по которому проходит ток, что может помочь этому предмету.Вероятно, время должно быть коротким, как время света; но величие результата, если оно положительное, не заставляет меня отчаиваться. Возможно, мне лучше было ничего об этом не говорить, потому что я часто долго не осознаю свои намерения, и неудачное воспоминание против меня.
Ваш самый искренний,
М. ФАРАДЕЙ. Проф. К. Максвелл.

Статья, прочитанная в Кембриджском философском обществе и опубликованная в т. Икс. их трудов, по общему признанию, является лишь переводом идей Фарадея на математический язык с иллюстрациями и расширениями, и в нем не делается попыток объяснить природу действия в диэлектрике или механизм, с помощью которого вызываются наблюдаемые эффекты.Примерно пять лет спустя, в серии из трех статей, опубликованных в Philosophical Magazine в 1861 и 1862 годах, профессор Максвелл дал простой набросок системы механизма, способного вызывать не только упомянутые выше электростатические эффекты, но и учитывать их. магнитное притяжение, действие электрических токов друг на друга и на магниты и электромагнитная индукция; но прежде чем дать отчет об этих работах, необходимо будет кратко упомянуть основные явления, объяснение которых требовалось.

Обычные явления магнетизма, включая притяжение между несхожими полюсами и отталкивание между одинаковыми полюсами, а также еще более известные явления притяжения мягкого железа магнитным полюсом слишком хорошо известны, чтобы требовать более чем беглого упоминания. Кулон показал, что закон обратных квадратов получается одинаково для магнитного отталкивания и для электрического, так что напряжение между двумя магнитными полюсами пропорционально произведению сил полюсов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними при условии, что Сталь, из которой состоят магниты, достаточно тверда, чтобы предотвратить воздействие магнитов друг на друга, изменяющее силу их полюсов.

Если лист бумаги опереться горизонтально над полюсами магнита и на бумагу посыпать железные опилки, каждая опилка намагнитится за счет индукции в направлении результирующей магнитной силы в той точке, где она расположена, и если по бумаге осторожно постучать, чтобы преодолеть трение, взаимное притяжение разноименных полюсов в опилках заставляет их склеиваться в нити или нити, северный полюс одной опалубки присоединяется к южному полюсу соседней опилки и т. д. все точки крепления лежат вдоль силовой линии.Таким образом, опилки образуют графическое изображение силовых линий магнитного поля, и именно этот эксперимент впервые натолкнул Фарадея на мысль о физическом существовании таких линий; и поскольку ему было трудно представить себе изогнутые силовые линии, возникающие из-за «прямого воздействия на расстоянии» (Exp. Kes.1166), он считал, что должна существовать некоторая среда, которая является проводником как магнитных, так и электрических сил, и что такие силы распространяются от частицы к частице среды.Фарадей также предположил, что та же среда может служить средством передачи света. Исследование свойств среды, необходимых для объяснения наблюдаемых электрических и магнитных воздействий, объяснение этих воздействий и определение скорости света из чисто электромагнитных соображений на основе гипотезы о существовании такой среды составляет Величайший вклад Максвелла в науку об электричестве. Воздействие электрического тока на магнит впервые наблюдал Эрстед.Говорят, что он делал много попыток в своей лаборатории обнаружить действие между магнитом и проводом, передающим ток, но во всех своих попытках он осторожно размещал провод под прямым углом к ​​магнитной игле и не мог обнаружить никакого эффекта. При попытке повторить эксперимент в присутствии своего класса он поместил проволоку параллельно игле, и последняя немедленно развернулась и в конце концов остановилась почти под прямым углом к ​​проволоке. Всякий раз, когда Северный полюс (т.е.Северный полюс) магнита приближается к проводу, по которому течет ток, полюс стремится огибать провод в определенном направлении, в то время как южный (или южный) полюс магнита стремится огибать провод в определенном направлении. в противоположном направлении, и, следовательно, если магнит может свободно вращаться вокруг своего центра, магнит остановится под прямым углом к ​​проводу. Было дано много memoriae technicce для определения того, как магнит будет вести себя по соседству с током. Правило Максвелла было следующим: предположим, что винт с правой резьбой продвигается в направлении тока и обязательно вращается по мере продвижения, как если бы он протыкал твердое тело.Северный полюс магнита всегда будет стремиться двигаться по проводу, передавая ток в том направлении, в котором вращается такой винт, в то время как южный полюс будет двигаться в противоположном направлении.

Таким образом, мы можем предположить, что каждый провод, передающий ток, окружен магнитными силовыми линиями, которые образуют замкнутые кривые вокруг провода, и направление силы такое, в котором правый винт будет вращаться, двигаясь с током. В случае прямого провода бесконечной длины эти кривые, конечно, представляют собой окружности.Поскольку действие и противодействие равны и противоположны, отсюда следует, что какой бы ни была механическая сила, оказываемая током на полюс магнита, последний всегда будет оказывать равную и противоположную силу на провод или другой проводник, по которому проходит ток. Чтобы показать это, было проведено множество экспериментов. Максвелл очень просто иллюстрировал это. Прикрепив кусок изолированной медной проволоки к небольшой круглой медной пластине, он поместил пластину на дно небольшого стакана. Затем вырезали диск из листового цинка такого размера, чтобы он свободно помещался в химическом стакане, оставляя небольшой «хвостик» цинка прикрепленным к нему; его сгибали и соединяли с медной проволокой над верхней частью стакана, а цинковую пластину подвешивали в горизонтальном положении на дюйм или два над медной пластиной.Стакан наполняли разбавленной серной кислотой и помещали на один полюс электромагнита, в жидкость помещали опилки или порошкообразную смолу, чтобы показать ее движение. При возбуждении магнита жидкость вращалась в одном направлении, а при изменении полярности магнита направление вращения менялось. Если пластины подвешены на веревке так, чтобы они могли легко вращаться в стакане вокруг вертикальной оси, действие магнита на ток в вертикальном проводе будет заставлять пластины всегда поворачиваться в направлении, противоположном направлению вращения. жидкость.

Законы механического действия проводников, передающих токи, на магниты и друг на друга были исследованы Ампером в серии экспериментов, которые были одновременно убедительными и исчерпывающими. Профессор Максвелл в высшей степени упомянул об этих экспериментах. Любое их описание было бы здесь неуместным, и мы говорим о них только как о предоставлении экспериментальных доказательств для следующих утверждений.

Мы уже описали способ, которым магнитные силовые линии могут окружать провод, по которому проходит ток.Теперь позвольте такой проволоке согнуть в замкнутую кривую или кольцо, которое не обязательно должно быть круглым. Силовые линии, которые сами по себе образуют замкнутые кривые вокруг провода, будут проходить в одном и том же направлении через кольцо, образованное проводом, передающим ток, как если бы они были нанизаны на провод, и, следовательно, северный полюс магнита будет стремятся пройти сквозь кольцо в направлении силовых линий; и мгновенное размышление покажет, что это направление, в котором правый винт продвинется вперед, если вращаться в направлении тока в проводе.Следовательно, если северный полюс магнита поднести к такой маленькой замкнутой цепи, с одной стороны, он будет притягиваться и будет стремиться пройти через цепь; с другой стороны это будет отталкиваться. Южный полюс магнита будет действовать прямо противоположным образом. Следовательно, если небольшая магнитная игла подвешена внутри катушки с проводом, по которой проходит ток, она будет иметь тенденцию располагаться под прямым углом к ​​плоскости катушки. Такое устройство представляет собой гальванометр.

Теперь предположим, что у нас есть небольшой стальной диск того же размера и формы, что и кольцо, образованное проволокой, и что этот диск намагничен так, что одна сторона является северным полюсом, а другая — южным.Такой диск будет действовать на внешние магниты так же, как и ток, если он намагничен, так что правосторонний винт, вращающийся с током, войдет с южной стороны и выйдет на северную поверхность. Такой намагниченный диск называется магнитной оболочкой, и, конечно, на него будет воздействовать магнит с силами, точно равными и противоположными тем, с которыми он действует на магнит. Магнитные силовые линии, исходящие от контура, передающего электрический ток, поэтому такие же, как и исходящие от описанной выше магнитной оболочки, при этом сила намагничивания отрегулирована должным образом; Другими словами, магнитное поле вокруг такой цепи такое же, как и вокруг магнитной оболочки, и, следовательно, следует, что две цепи, каждая из которых передает электрические токи, будут действовать друг на друга так же, как две магнитные оболочки, окружности которых совпадают. с проводами, которые намагничены, как описано выше.

Теперь, если оболочки параллельны и намагничены в одном направлении, их противоположные грани будут обращены друг к другу и будут притягиваться друг к другу. Если они намагничиваются в противоположных направлениях, они будут отталкиваться друг от друга. Точно так же две параллельные цепи будут притягиваться друг к другу, если токи проходят в одном направлении в обоих, и будут отталкивать друг друга, если они идут в противоположных направлениях. Также два параллельных провода, которые можно рассматривать как части таких цепей, будут притягивать друг друга, когда токи в них идут в одном направлении, и отталкивать друг друга, если они идут в противоположных направлениях.Правило Максвелла для определения того, как цепь, передающая ток, будет вести себя в присутствии других токов или магнитов, является очень простым выражением результатов Фарадея. Определив положительное направление цепи как направление, в котором правый винт будет двигаться, если вращаться с током, он сформулировал правило следующим образом:

Если провод, передающий ток, может свободно перемещаться в магнитном поле, он будет стремиться устроиться так, чтобы через цепь в положительном направлении могло проходить максимально возможное количество линий магнитной силы.

Поскольку магнитное поле может создаваться либо магнитами, либо самими электрическими токами, как описано выше, это правило в сочетании с принципом, согласно которому действие и противодействие равны и противоположны, будет служить для определения характера воздействия либо на цепи, передающие токи, либо на магниты во всех возможных случаях, которые могут возникнуть, и, по сути, воплощает великолепные результаты исследований Ампера в этом вопросе.

До опытов Фарадея индукция электрических токов была неизвестна.Основным явлением, зависящим от этого действия, которое наблюдалось и которому не было предложено удовлетворительного объяснения, было явление вращающегося диска Араго. В этом эксперименте медный диск заставляли быстро вращаться в своей собственной горизонтальной плоскости над стрелкой компаса, когда наблюдалось, что игла следует за диском и вращается на его вертикальном штифте. Этот эксперимент впоследствии повторили сэр Джон Гершель и мистер Бэббидж, которые использовали диски из различных веществ и обнаружили, что результат Араго был получен только тогда, когда диски были хорошими проводниками электричества.Фарадей в первой серии своих экспериментальных исследований описывает эксперимент, в котором медный диск заставляли вращаться между полюсами электромагнита, в то время как один электрод
гальванометра был соединен с осью диска, а электрод другой с помощью проволоки, которая контактировала с краем диска, причем край был объединен для обеспечения хорошего соединения. При вращении диска сразу же получался ток, направление которого менялось на противоположное по направлению вращения.Этот эксперимент можно рассматривать как отправную точку для динамо-машин Уайльда, Грамма, Сименса и других, которым, кажется, суждено сыграть столь важную роль в цивилизованной жизни будущего.

Фарадей также показал, что, когда две цепи расположены рядом друг с другом, если в одной цепи запускается ток, в соседней цепи возникает мгновенный ток в противоположном направлении, тогда как при остановке «первичного» тока возникает переходный ток. то же направление, что и первичное, происходит в другом или «вторичном» контуре.Этот эксперимент положил начало хорошо известной теперь индукционной катушке. Опять же, когда ток в первичной цепи был устойчивым, если вторичная цепь была приближена к ней, во вторичной цепи индуцировался ток в направлении, противоположном направлению в первичной цепи, и продолжался во время сближения цепей. При удалении вторичной цепи возник переходный ток в том же направлении, что и в первичной.

Мы не можем здесь уделить место, чтобы проследить развитие законов индуцированных токов.Характер иска во всех случаях может быть выведен из очень краткого заявления Ленца, обычно цитируемого как закон Ленца, и которое может быть выражено следующим образом:

Если проводник движется в магнитном поле, в проводнике будет индуцирована электродвижущая сила, которая будет стремиться произвести ток в таком направлении, что механическая сила, действующая на проводник, будет препятствовать его движению.

Этот закон, взятый вместе с утверждениями, сделанными выше относительно механического воздействия магнитного поля на проводник, передающий ток, служит для определения характера индуцированного тока всякий раз, когда проводник движется в окрестности магнитов или электрических токов.Более того, включение тока в соседней цепи должно иметь такое же воздействие на провод, как если бы проводник был внезапно перенесен с бесконечного расстояния в положение, которое он фактически занимает. Следовательно, закон Ленца будет применяться ко всем случаям наведенных токов.

Утверждение

Максвелла выражает законы индуцированных токов как количественно, так и качественно. Это выглядит следующим образом:

Каждый раз, когда количество силовых линий магнитного поля, проходящих через замкнутую цепь, изменяется, вокруг цепи возникает электродвижущая сила, представленная скоростью уменьшения количества силовых линий, проходящих через цепь в положительном направлении.

Если тогда количество магнитных силовых линий, проходящих через цепь, уменьшается, вокруг цепи будет электродвижущая сила в том направлении, в котором будет вращаться правосторонний винт, если продвигаться по силовым линиям; предполагается, что силовая линия всегда проводится в направлении, в котором северный магнитный полюс имеет тенденцию двигаться вдоль нее. Если количество силовых линий, проходящих через цепь, увеличивается, электродвижущая сила будет в противоположном направлении.Этот закон может быть выведен из закона, который выражает механическое воздействие на цепь, передающую ток, когда она помещена в магнитное поле, вместе с принципом сохранения энергии. Чтобы это могло быть численно истинным, все задействованные величины должны быть выражены в терминах электромагнитной системы единиц.

Телефон — прекрасный пример применения этого закона. Каждое движение железного диска перед полюсом магнита изменяет количество магнитных силовых линий, проходящих через катушки с проволокой, окружающей полюс, и, следовательно, индуцирует в катушке ток в том или ином направлении, который, увеличение или уменьшение силы магнетизма в принимающем телефоне вызывает соответствующее движение в железном диске приемника, который, следовательно, издает звуки, аналогичные тем, которые попадают в принимающий инструмент.

Из того, что было сказано, очевидно, что движение проводника будет вызывать в нем ток только тогда, когда проводник движется в магнитном поле, то есть в части пространства, через которую проходят магнитные силовые линии. Фарадей предположил, что проводник в этих условиях был переведен в особое состояние, которое он назвал «электротоническим состоянием», и что ток индуцировался всякий раз, когда это состояние менялось. Максвелл показал, что это электротонное состояние, от изменений которого зависит индуцированный ток в цепи, соответствует количеству магнитных силовых линий, проходящих через цепь.Поскольку каждое изменение этой величины связано с действием электродвижущей силы, а ее отношение к электродвижущей силе такое же, как отношение количества движения к силе в динамике, он назвал эту величину электромагнитным импульсом. Представление Максвелла о физической природе этой величины будет описано ниже.

Определение законов самоиндукции в электрических токах — еще один из многих вкладов Фарадея в науку об электричестве. После одной из вечерних лекций в пятницу в Королевском институте некий мистер Билл.Дженкин сообщил Фарадею, что, когда он разорвал соединение цепи в своем электромагните, разделив два куска провода, которые он держал в руках, он почувствовал сильный шок. Фарадей сказал, что это единственное предложение из очень большого числа, сделанное ему обычными членами популярной аудитории, которое когда-либо приводило к какому-либо результату. Исследуя этот вопрос, Фарадей обнаружил, что, когда в катушке с проволокой течет ток, если аккумулятор удален, существует тенденция к продолжению тока после извлечения батареи, и что эта тенденция усиливается при увеличении количества витков проволоки в катушке, и тем более, вставив мягкое железо в центр катушки.Эта тенденция зависит не столько от длины проволоки, сколько от относительного положения ее частей, и если проволоку сначала сложить вдвое, а затем свернуть в катушку, тенденция исчезнет. Если несколько ячеек Grove пропускают ток через короткий прямой кусок провода и цепь разрывается, при размыкании будет наблюдаться очень слабая искра, но если в цепь ввести большой электромагнит, при размыкании контакта появится очень яркая искра. , хотя ток, посылаемый батареей, слабее.Таким образом, когда в такой катушке течет ток, его поведение напоминает нам поведение воды, текущей в трубе, которая, когда внезапно возникает препятствие, чтобы остановить поток, оказывает огромное давление на короткое время на трубу и препятствие. в силу количества движения, которое приобрела вода; но то, что действие происходит не из-за импульса, которым действительно обладает движущееся электричество, показывает тот факт, что он зависит от конфигурации провода.
Это свойство катушки называется самоиндукцией.Если полюса электромагнита соединить проводом с большим сопротивлением, а также батареей, при удалении батареи через провод будет протекать значительный ток. Этот ток Фарадей называл экстра-током. Обычно его называют током самоиндукции.

Аналогичное действие происходит при подключении батареи к катушке. Сила тока не сразу обретает свое полное значение, но в течение короткого времени продолжает неуклонно возрастать; самоиндукция катушки заставляет ее вести себя так, как если бы ток в ней обладал значительной массой, которую нужно в первую очередь привести в движение.Все эти действия являются непосредственными следствиями закона индуцированных токов, изложенного на стр. 526. (введите правильную информацию)

Существует хорошо известный эксперимент Фарадея, в котором образец его тяжелого стекла, или бората свинца, помещался между полюсами мощного электромагнита, и луч плоскополяризованного света пропускался через стекло в направлении магнитной силы. Фарадей обнаружил, что когда свет проходил от северного полюса магнита к южному, плоскость поляризации поворачивалась на угол в том же направлении, что и правосторонний винт, проникая в твердое тело и продвигаясь со светом.Когда свет проходил в противоположном направлении, вращение плоскости поляризации происходило в том же направлении по отношению к магниту и, следовательно, было обратным по отношению к пути света. В этом отношении тяжелое стекло под воздействием магнита ведет себя иначе, чем раствор сахара, который всегда поворачивает плоскость поляризации света в том же направлении, что и направление его пропускания. Это был первый эксперимент, который показал какую-либо связь между светом и магнетизмом и показал, что среда, которая служит проводником света, светоносный эфир, должна, по крайней мере, зависеть от наличия магнитной силы, хотя тот факт, что присутствие весомой материи необходимо для создания этого вращения, и то, что направление вращения зависит от природы материи, делает сомнительным, насколько сильно магнитная сила влияет непосредственно на эфир.

Все прозрачные твердые тела и жидкости в разной степени проявляют одинаковое действие на свет. Если трубку с водой с концами из листового стекла поместить в катушку из проволоки, через которую проходит электрический ток, и через трубку будет проходить плоскополяризованный свет, плоскость поляризации будет повернута на угол в направлении, в котором ток циркулирует, и этот угол будет пропорционален току,

Верде показал, что в случае прозрачного (пара-) магнитного вещества вращение происходит в направлении, противоположном направлению тока.

Любопытное влияние магнита на световой разряд в вакуумной трубке и недавние эксперименты доктора Керра могут указывать на другие отношения между светом, электричеством и магнетизмом. Таким образом, очень кратко упомянув основные явления магнетизма и электромагнетизма, мы можем перейти к краткому объяснению среды или механизма, с помощью которого Максвелл объяснил эти явления и их взаимозависимость.

Из хорошо известных законов распространения света Максвелл принял «в качестве данных, полученных из области науки, независимой от той, с которой мы имеем дело, существование пронизывающей среды небольшой, но реальной плотности, способной к приводиться в движение и передавать движение от одной части к другой с большой, но не бесконечной скоростью.Поскольку эта среда может передавать волны с конечной скоростью, отсюда следует, что она обладает свойством, аналогичным массе, так что ее движение подразумевает кинетическую энергию; помимо упругости, в силу которой его деформация подразумевает потенциальную энергию.

Хорошо известно, что если тело вращается вокруг фиксированного центра, возникает напряжение по любому радиусу, проведенному в плоскости вращения. Форма, которую Земля приняла бы только под действием силы тяжести, если бы не было вращения, была бы сферой.Суточное вращение имеет тенденцию вызывать сокращение полярной оси и увеличение экваториального диаметра; и это действие продолжалось бы бесконечно, если бы на определенной ранней стадии оно не уравновешивалось притяжением гравитации, и, таким образом, Земля принимает почти сферическую форму, в которой полярная ось короче экваториального диаметра.

Возвращаясь снова к случаю Земли, из фундаментальных законов и принципов динамики видно, что если бы материя переносилась из экваториальных областей к полюсам и осаждалась там так, чтобы удлинить полярную ось за счет экваториальной диаметр, скорость вращения Земли увеличится, а продолжительность дня уменьшится; в то время как, если бы Земля стала более сжатой, ее скорость вращения уменьшилась бы.Фактически, если какое-либо тело находится во вращении и на него не действуют внешние силы, или если силы, действующие на него, не влияют на его вращение, и если форма системы изменяется из-за внутренних напряжений или иным образом, так что его момент инерции относительно оси вращения увеличивается, угловая скорость будет уменьшена, и в случае, если сфера станет сплющенным сфероидом, скорость на окружности также будет уменьшена, а если момент инерции будет уменьшен, имеет место обратный эффект.

Максвелл предположил, что любая среда, которая может служить проводником магнитной силы, состоит из огромного числа очень маленьких тел или клеток, способных вращаться, и которые мы можем считать сферическими или почти такими в их нормальном состоянии, пока мы не есть основания полагать, что они имеют какую-то другую форму. Когда магнитная сила передается средой, предполагается, что эти тела вращаются вокруг силовых линий магнитного поля в качестве оси и со скоростью, зависящей от интенсивности силы.Чтобы закрепить наши идеи, он предположил, что вращение будет происходить в том направлении, в котором будет вращаться правосторонний винт, если он продвигается в направлении силы. Таким образом, у нас есть магнитное поле, заполненное «молекулярными вихрями», вращающимися в одном направлении вокруг магнитных силовых линий в качестве осей. Как мы видели, эти вихри будут стремиться сжиматься в направлении своих осей вращения и расширяться под прямым углом к ​​этому направлению, так что если изначально они представляют собой упругие сферы, они будут иметь тенденцию становиться сплюснутыми сфероидами, подобными Земле.Эта тенденция будет включать в себя напряжение в среде вдоль силовых линий, которые являются линиями, вдоль которых имеет место сжатие, и это будет сопровождаться одинаковым давлением во всех направлениях, перпендикулярных силовым линиям, из-за тенденция вихрей к экваториальному расширению.

Теперь предположим, что у нас есть северный магнитный полюс и южный магнитный полюс, расположенные рядом друг с другом. Силовые линии будут проходить от Северного полюса, обычно по изогнутым линиям, к Южному полюсу.Пространство вблизи полюсов будет заполнено молекулярными вихрями, которые будут наиболее энергичными вдоль линии, соединяющей полюса, и скорости вихрей будут уменьшаться по мере того, как мы переходим в более слабые части поля. Напряжение вдоль силовых линий, стремящихся сблизить Северный и Южный полюса, дает достаточное объяснение очевидного притяжения между полюсами; кинетическая энергия молекулярных вихрей объясняет потенциальную энергию разделенных полюсов, которую мы, таким образом, предполагаем на самом деле кинетической энергией, хотя и обладает средой между кажущимися притягивающими телами, а не самими телами.(Возможно, все примеры так называемой потенциальной энергии мы когда-нибудь обнаружим как действительно кинетическую энергию, которой обладает среда, свойства которой мы до сих пор не знали.) Когда полюса приближаются друг к другу, поле, которое занимает протяженность вихрей уменьшается, и хотя скорость вихрей увеличивается, вся энергия поля уменьшается, и разница расходуется на работу, совершаемую над приближающимися магнитами. Если полюса имеют равную силу и могут полностью совпадать, поле разрушается, все вихри останавливаются, и вся энергия, которой они обладают, расходуется на работу, выполняемую с магнитами.

Если два одинаковых полюса, например, северных полюса, расположить рядом друг с другом, силовые линии, исходящие от одного, вместо того, чтобы идти к другому, будут повернуты в сторону, и если полюса будут иметь одинаковую силу, появится плоскость. Разделение пополам под прямым углом линии, соединяющей полюса, отделит силовые линии, связанные с одной, от линий, относящихся к другой, так что никакая линия не будет пересекать плоскость (рис. 10). Силовые линии, таким образом, проходят почти параллельно друг другу, давление, оказываемое молекулярными вихрями во всех направлениях под прямым углом к ​​силовым линиям, вызовет кажущееся отталкивание между полюсами.

Чтобы объяснить передачу вращения в одном и том же направлении от одного молекулярного вихря к другому, Максвелл предположил, что между ними существует ряд чрезвычайно мелких сферических тел, которые катятся без скольжения, контактируя с поверхностями вихрей. Эти тела служат той же цели, что и «холостые колеса» в машинах, которые, проходя между водителем и ведомым, передают движение первого второму в неизменном направлении. Эти крошечные сферические частицы Максвелл предположил, что они составляют электричество.Они катятся по ячейкам или вихрям, как если бы соприкасающиеся поверхности были совершенно шероховатыми или имели зубцы, зацепляющиеся друг с другом, и, таким образом, какие бы силы ни были приложены, скольжение невозможно. Предполагается, что то, что мы обычно считаем молекулами вещества, очень велико по сравнению с молекулярными вихрями и, следовательно, тем более с частицами электричества. В изоляторе или диэлектрике предполагается, что электрические частицы не могут переходить от молекулы к молекуле тела, но в проводнике они могут это сделать, однако проходу препятствует трение, так что выделяется тепло. и энергия, рассеиваемая при передаче.

Теперь предположим, что у нас есть электрический ток, текущий по проводящему проводу. Остановимся сначала на центральной линии частиц. Они, когда они текут, заставят все ячейки, которых они касаются, вращаться вокруг осей, перпендикулярных линии потока, так что поток частиц будет окружен кольцами вихрей. Каждое кольцо вихрей будет вести себя как кольцо зонта из натурального каучука, когда мы проводим им по пальцу или палке зонта. Вместо того, чтобы скользить на свое место, он совершает перекатывающее движение, непрерывно выворачивая себя наизнанку, как бы каждая круговая часть кольца или разрываясь, вращаясь вокруг своего собственного центра.Это движение вихрей будет иметь тенденцию заставлять слой электрических частиц за их пределами двигаться в направлении, противоположном центральному потоку, и эту тенденцию, на которую мы снова будем ссылаться, когда мы будем говорить об индукции, можно преодолеть, только заставив следующее кольцо ячеек вращается в том же направлении, что и внутреннее кольцо, когда частицы могут просто катиться между коаксиальными кольцами вихрей, не перемещаясь ни назад, ни вперед. Но если слой частиц вынужден двигаться вперед, как внутренний поток, слой вихрей, окружающий его, должен вращаться быстрее, чем слой внутри него, и так далее, каждая последующая оболочка вихрей вращается быстрее, пока мы не достигнем крайнего слоя, содержащего внутри проводящего провода.Оболочка вихрей, ограничивающая проводник, должна с помощью того же механизма создавать молекулярные вихри в диэлектрике, причем движение передается в постоянно расширяющихся кругах на неограниченное расстояние. Из этого не следует, что это сообщение движения является мгновенным. Ячейки могут состоять из эластичного материала, который не принимает своего конечного состояния движения, как только на него действует касательное действие электрических частиц, но сначала начинает претерпевать деформацию, время, необходимое для установления заданного вращения в каждый в зависимости от его плотности и эластичности.Следовательно, электромагнитная индукция, так называется действие, которое мы сейчас обсуждаем, будет распространяться в пространстве с конечной скоростью, но об этом мы должны сказать больше в дальнейшем.

Из сказанного следует, что, когда в проводе течет постоянный (т. Е. Постоянный) ток, в окружающем диэлектрике возникают молекулярные вихри, причем ось вращения каждого вихря перпендикулярна плоскости, проходящей через провод. и вихрь. Оси, вокруг которых вращаются вихри, образуют круги, окружающие проволоку, в то время как сами вихри образуют вихревые кольца, вращающиеся с очень большой скоростью, как упомянутое выше внутреннее каучуковое кольцо, или кольца дыма, которые иногда можно увидеть. выйти из курительной трубки.Но линии, вокруг которых вращаются молекулярные вихри, являются магнитными силовыми линиями; вдоль этих линий в среде присутствует напряжение, а давление повсюду перпендикулярно им. Следовательно, прямая линия, по которой проходит электрический ток, будет окружена магнитными силовыми линиями, образуя круги с их центрами на оси провода, и поскольку направление магнитной силы — это то, в котором правый винт двигался бы, если бы вращался. с вихрями следует, что направление магнитной силы вокруг провода будет таким, в котором правый винт вращался бы, двигаясь вперед с током.Среда будет подвергаться растяжению по кругу вокруг проволоки и давлению в плоскостях, проходящих через проволоку, напоминая нам цилиндры пистолета Армстронга.

Если проволоку изогнуть, то будет то же самое, но линии больше не будут точными кругами. Все магнитные силовые линии проходят через замкнутую цепь в направлении, в котором правый винт продвигался бы, если бы вращался в направлении тока. На рис.11, взятом из статьи в Philosophical Magazine, показаны отношения между током, магнитными силовыми линиями и направлением движения вихрей, стрелки E E ‘представляют ток, SN указывает направление движения. магнитная сила, а стрелки V V ‘показывают направление вращения вихрей.

Теперь предположим, что провод, по которому проходит ток, помещается в магнитное поле под прямым углом к ​​силовым линиям. Пусть S N (рис. 12) представляет собой силовые линии, A — сечение проводника, а ток течет от считывающего устройства через бумагу. В пространстве непосредственно над проводом молекулярные вихри из-за магнитной силы, первоначально находящейся в поле, будут вращаться в направлении, в котором их подталкивает ток A, тогда как в пространстве под проводником будет иметь место обратное.Следовательно, скорость вихрей над проволокой будет увеличиваться током, в то время как скорость вихрей ниже проволоки уменьшается. Давление среды под прямым углом к ​​силовым линиям, следовательно, над проволокой будет больше, чем под ней, и проволока будет направлена ​​вниз под прямым углом к ​​силовым линиям и к своему собственному направлению.

Опять же, предположим, что два параллельных провода находятся рядом и передают токи в противоположных направлениях. Сила тока определяет разницу между скоростями молекулярных вихрей по разные стороны от него, причем электрические [частицы связаны с вихрями так же, как дифференциальное колесо в механизме; но вихри на одной стороне движущегося потока электрических частиц могут быть остановлены, если скорость вихрей на другой стороне удвоится, при этом ток останется прежним, хотя сами электрические частицы теперь должны будут вращаться, но это заставляет нет разницы.Следовательно, когда параллельные провода передают токи в противоположных направлениях, вихри между ними, заставляемые обоими токами вращаться в одном направлении, будут вращаться быстрее, чем вихри на противоположных сторонах проводов, и сжиматься, как и они, с силой, пропорциональной квадраты их окружных скоростей, провода будут раздвинуты, как если бы они отталкивались друг от друга.

Когда два параллельных провода передают токи в одном направлении, они имеют тенденцию заставлять ячейки в пространстве между ними вращаться в противоположных направлениях, и, следовательно, скорости молекулярных вихрей там будут меньше, чем на другой стороне проводов.Таким образом, давление среды между проводами будет меньше, чем в пространстве за ними, и провода будут сдвинуты вместе, как если бы они притягивались друг к другу.

Теперь предположим, что электрический ток течет по проводу. Молекулярные вихри будут создаваться в непосредственной близости от проволоки, и эти вихри, действующие на электрические частицы по другую сторону от проволоки, будут стремиться привести их в движение в направлении, противоположном току в проводе. провод.Но если среда является диэлектриком, частицы не могут перемещаться на ощутимое расстояние. Поэтому они будут заставлены вращаться и запускать другой, более крупный слой вихрей, окружающих провод, и поэтому движение будет распространяться, как объяснено выше. Но предположим, что на определенном расстоянии расположен еще один провод, параллельный первому и составляющий часть замкнутой цепи, в которой не течет ток. На частицы электричества в этом проводе будут воздействовать так же, как на частицы в диэлектрике, но, столкнувшись с очень небольшим сопротивлением их движению по проводу, им легче пройти через провод, чем сразу передать вихрь. движение к упругим телам по другую сторону от них.Но когда ведущий и ведомый соединены дифференциальным колесом, если ведомый тормозится только своей собственной инерцией, сколь бы малым сопротивлением дифференциальному колесу ни оказывалось его поступательное движение, оно в конечном итоге заставит ведомый поворачиваться одновременно. Оцените как водителя, и сама перестанет двигаться. Следовательно, сопротивление проводника на длине останавливает электрические частицы и заставляет их передавать вихревое движение клеткам за их пределами. Таким образом, когда ток запускается в проводе, переходные токи в противоположном направлении будут индуцироваться в соседних проводниках, в то время как электрическое напряжение будет создаваться в диэлектрике, причем упругие ячейки, движение которых составляет молекулярные вихри, сначала деформируются касательным напряжением электрические частицы, но как индуцированные токи, так и напряжение полностью прекратятся, как только все молекулярные вихри будут в полном разгаре.

Прежде чем в первичном проводе может поддерживаться ток, должны быть должным образом запущены молекулярные вихри в окружающем поле, а это требует затрат работы вследствие массы тел, составляющих вихри. Следовательно, для конечной электродвижущей силы невозможно запустить конечный ток за бесконечно короткое время, точно так же, как конечная сила не может мгновенно вызвать конечную скорость в материальном теле, и, как и в динамике, мы иногда говорят о реакции тела на ускорение, как если бы это была сила, противодействующая приложенной силе, поэтому мы иногда говорим о соответствующем действии в случае тока, как если бы это была сила, противодействующая батарее или другому электродвигателю. и говорят об этом как о электродвижущей силе самоиндукции.Однако поскольку это зависит не просто от тока в проволоке, а от молекулярных вихрей в окружающей среде, ясно, что самоиндукция проволоки будет зависеть от энергии этих вихрей, а это должно зависеть от отношения нескольких частей проволоки друг к другу и к среде, а также от плотности среды. Плотность среды Максвелл отождествлял с ее магнитной проницаемостью. Это больше в (пара-) магнитных веществах, чем в воздухе или вакууме; больше всего в железе.Фактически, в случае железа он настолько велик, что Максвелл предположил, что частицы самого железа принимают участие в вихревом движении. Следовательно, энергия поля и, следовательно, самоиндукция провода тем больше, чем больше магнитная проницаемость окружающей среды, а наличие железного сердечника в катушке значительно увеличивает ее самоиндукцию и энергию, соответствующую заданный ток, протекающий в катушке.

Если после того, как в проводе установился ток, цепь была разорвана или электродвижущая сила снята, молекулярные вихри отказываются останавливаться, пока они не израсходуют свою энергию.Единственным выходом для этой энергии является ток в проводе, так как нет возможности выполнять работу в непроводящей среде, где не может быть проскальзывания между элементами механизма. Следовательно, вихри поддерживают движение электричества в проводе после того, как батарея была удалена, до тех пор, пока они не израсходуют всю свою энергию на работу против сопротивления провода.

Но если в поле есть другой проводник, параллельный или слегка наклоненный к первому, есть еще один частичный выход для энергии системы, и «вторичный» ток будет установлен во втором проводе в том же направлении, что и ток в первичной обмотке, в то время как в первичной обмотке будет меньше, чем был бы, если бы вторичная цепь не существовала.Таким образом, гипотеза о молекулярных вихрях дает объяснение как взаимной индукции двух цепей, так и самоиндукции одной.

Предположим, что провод помещают в магнитное поле под прямым углом к ​​силовым линиям, а затем перемещают так, чтобы отрезать линии под прямым углом, мы должны ожидать, что перед движущимся проводом силовые линии или нити вихрей будут сжаты друг с другом в поперечном направлении, но вытянуты в направлении своей длины, примерно так же, как на эластичные струны воздействует проволока, прежде чем они разорвутся и позволят ей пройти.За проволокой будет сброшено боковое давление, вихри будут сжиматься в направлении своих осей и расширяться экваториально. Но мы видели, что эффект растяжения вращающегося упругого тела в направлении его оси вращения и сжатия его под прямым углом к ​​этому направлению увеличивает скорость вращения, так что фактическая скорость каждой точки на поверхности увеличивается. ; в то время как сокращение тела вдоль оси вращения уменьшает скорость. Следовательно, пока проволока движется поперек силовых линий, скорость вихрей перед проволокой будет больше, чем скорость вихрей позади нее, и электрические частицы в проволоке, как и они, проходят между двумя группами. вихрей, вращающихся с разными скоростями, будут течь потоком по проволоке.Направление тока в проводе будет таким, при котором вихри спереди будут вращаться быстрее, чем сзади, и, следовательно, будут оказывать большее давление на провод; другими словами, будет индуцированный ток в направлении, препятствующем движению провода. Мы приходим к аналогичному результату, если предположим, что силовые линии пересекаются под углом, а не под прямым углом. Таким образом, закон Ленца является следствием гипотезы о молекулярных вихрях. Если мы предположим, что магнитная сила действует с юга на север по горизонтали, провод находится вертикально и движется с запада на восток, у нас есть магнитная сила, действующая с юга на север, механическая сила, действующая с востока на запад и противодействующая движению провода. проволока, и электродвижущая сила, действующая в проволоке вертикально вверх.

Предположим, что по всей определенной области электричество продвигается вперед на очень небольшое расстояние вдоль нормали, так что оно не переходит от молекулы к молекуле вещества, а в каждой молекуле претерпевает смещение от задней части к передней. Электрические частицы, прижимающиеся по касательной к стенкам эластичных ячеек, не могут заставить их вращаться, потому что каждая ячейка действует одинаково со всех сторон в том направлении, в котором имеет тенденцию двигаться электричество, и поэтому вещество ячейки подвергается деформации сдвига. которому сопротивляется его упругость, а состояние деформации ячеек распространяется через диэлектрик за счет смещения электрических частиц, которые ведут себя как совершенно несжимаемые тела.Когда сила, вызывающая первоначальное смещение, устраняется, ячейки возвращают свою первоначальную форму в силу своей упругости, электрические частицы возвращаются в свое нормальное положение, а энергия напряженных упругих ячеек расходуется на работу, совершаемую во время электрического разряда. Таким образом, та же среда, которая служит проводником магнитной силы и порождает все явления электромагнетизма, также служит для передачи силы между зарядами статического электричества и как резервуар энергии из-за электростатических зарядов.Если диэлектрик разделен на ячейки единичными силовыми трубками и эквипотенциальными поверхностями, нарисованными для каждой единичной разности потенциалов, каждая ячейка будет содержать одинаковое количество энергии (см. Элементарный трактат по электричеству профессора Джеймса Клерка Максвелла, опубликованный Clarendon Press, 1881.). Следующие цитаты из статьи в Philosophical Magazine объясняют применение гипотезы молекулярных вихрей к статическому электричеству собственными словами Максвелла:

Согласно нашей теории частицы, которые образуют перегородки между ячейками, составляют материю электричества.Движение этих частиц составляет электрический ток; касательная сила, с которой частицы прижимаются веществом ячеек, является электродвижущей силой, а давление частиц друг на друга соответствует напряжению или потенциалу электричества.

Проводящее тело можно сравнить с пористой мембраной, которая оказывает большее или меньшее сопротивление прохождению жидкости; в то время как диэлектрик подобен эластичной мембране, которая может быть непроницаемой для жидкости, но передает давление с одной стороны на [жидкость] с другой.

В диэлектрике, находящемся под индукцией, мы можем представить себе, что электричество в каждой молекуле настолько смещено, что одна сторона становится положительной, а другая отрицательно электрической, но что электричество остается полностью связанным с молекулой и не переходит от одной молекулы к другой. Другая.

Эффект этого воздействия на весь диэлектрик заключается в общем смещении электричества в определенном направлении. Это смещение не составляет тока, потому что, когда оно достигает определенного значения, оно остается постоянным, но это начало тока, и его изменения составляют токи в положительном или отрицательном направлении, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается смещение. .. . . Когда мы находим электродвижущую силу, вызывающую смещение в диэлектрике, и когда мы обнаруживаем, что диэлектрик восстанавливается из своего состояния электрического смещения с такой же электродвижущей силой, мы не можем не рассматривать явления как явления упругого тела, поддающегося давлению и восстанавливающего свое состояние. образуются при снятии давления.

Предположим, у нас есть положительно наэлектризованное тело. Это означает, что смещение электричества в среде происходит во всех направлениях вокруг тела и от его поверхности.Таким образом, ячейки подвергаются деформации сдвига, уменьшающейся с увеличением расстояния, поскольку поверхность, по которой происходит смещение, увеличивается, линейное смещение электричества пропорционально уменьшается, а частицы электричества ведут себя как совершенно несжимаемая жидкость. Поскольку среда изотропна, линии электрического смещения совпадают с линиями электрического напряжения, которое везде пропорционально смещению. Деформация, которую испытывают клетки под действием давления электрических частиц, вызывает упругое давление во всех направлениях, перпендикулярных направлению смещения, так что давление в среде оказывается перпендикулярно силовым линиям.

Теперь предположим, что у нас есть два положительно заряженных тела в поле, которые, как мы можем предположить, обладают одинаковыми зарядами. Каждый из них производит смещение среды наружу от себя, но электрические частицы ведут себя как несжимаемая жидкость, ясно, что не может быть линий смещения от одной к другой, но что между телами линии смещения будут изогнутые так, чтобы избегать друг друга так же, как линии потока, исходящие из двух труб, каждая из которых подает воду в резервуар, будут изогнуты круглыми и будут избегать друг друга.Линии смещения и, следовательно, совпадающие с ними силовые линии будут изгибаться точно так же, как магнитные силовые линии, представленные на рис.10, и давление в среде под прямым углом к ​​этим линиям будет вызвать явное отталкивание тел.

При одинаковом смещении, то есть при одинаковых зарядах маленьких тел, отталкивание будет пропорционально упругости среды. Он также пропорционален произведению зарядов или, поскольку они равны, квадрату одного из них.Предположим, что среда заменена на среду с большей эластичностью. Если мы хотим сохранить отталкивание между телами одинаковым, смещения и, следовательно, заряды должны быть уменьшены, причем произведение этих зарядов, то есть квадрат любого заряда, должно быть обратно пропорционально упругости среды. Следовательно, величина каждого заряда должна изменяться обратно пропорционально квадратному корню из упругости среды при изменении диэлектрика. Следовательно, если мы определим электростатическую единицу электричества как «количество положительного электричества, которое, действуя на равное количество на единичном расстоянии, отталкивает его с единичной силой», то из этого следует, что единица будет изменяться в зависимости от характера диэлектрика, будучи обратно пропорциональной пропорционально квадратному корню из его эластичности.

Но притяжение или отталкивание между двумя заданными электрическими зарядами изменяется обратно пропорционально удельной индуктивной емкости диэлектрика, так что электростатическая единица электричества изменяется прямо как квадратный корень из удельной индуктивной емкости, и, таким образом, удельная индуктивная емкость является величиной величина, которая изменяется обратно пропорционально эластичности среды.

Предположим, у нас есть два параллельных провода, передающих одинаковые электрические токи в одном направлении. При прочих равных скорость молекулярных вихрей в любой точке пропорциональна силе токов.Мы знаем, что притяжение между проводами пропорционально произведению силы токов, то есть квадрату одного из них. Давление, возбуждаемое вихрями, cœteris paribus пропорционально их плотности и квадрату их скорости. Предположим, мы сохраняем притяжение между проводами неизменным, но изменяем плотность среды. Тогда скорость вихрей в любой точке должна изменяться обратно пропорционально квадратному корню из плотности среды. Но скорость вихрей пропорциональна силе токов.Следовательно, сила каждого тока должна изменяться обратно пропорционально квадратному корню из плотности среды. Если тогда электромагнитная единица тока будет определена как тот ток, который, протекая по определенному проводу, притягивает равный ток в другом данном проводе с единичной силой, то это единица тока и, следовательно, единица электричества, которая представляет собой количество, протекающее в расчете на единицу силы. секунды на любом участке провода, по которому проходит единичный ток, будет изменяться обратно пропорционально квадратному корню из плотности среды.

Следовательно, отношение электромагнитной к электростатической единице электричества будет пропорционально отношению квадратного корня из упругости к квадратному корню из плотности среды.Но, как известно, это скорость, с которой поперечная вибрация распространяется через среду. Следовательно, соотношение этих единиц представляет собой конкретную скорость и пропорционально скорости распространения электромагнитного возмущения или вышеописанных вихревых движений через диэлектрик. Если единицы выбраны в соответствии с обычной системой, их соотношение не только пропорционально, но и идентично этой скорости.

В статье, опубликованной в журнале Phil. Trans , за 1868 год, профессор Максвелл представил отчет об эксперименте по определению соотношения электростатических и электромагнитных единиц электричества, где воздух является диэлектриком.Принцип метода заключался в уравновешивании притяжения между двумя наэлектризованными дисками за счет отталкивания между двумя витками проволоки, в которых токи текли в противоположных направлениях. Один из дисков и одна катушка были размещены на одном конце балки торсионных весов, другой диск и катушка были закреплены, но третья катушка, передающая тот же ток, что и две другие, была размещена на другом конце балансира. балка, чтобы исключить магнитное действие земли и подвешенной катушки. Аппарат сейчас находится в Кавендишской лаборатории.Результат эксперимента дал для отношения единиц скорость 288 000 000 метров, или 179 000 статутных миль в секунду. Результат получен другим методом по ММ. Вебер и Кольрауш составляет 310 740 000 метров в секунду. Для электростатических зарядов использовалась батарея М. Гассио на 2600 ячеек, заряженных коррозионным сублиматом. Точность этого результата зависит от точности единицы сопротивления B.A., скорость фактически представлена ​​как
28 ∙ 8 Ом.

Итак, согласно теории волн, свет состоит из поперечных колебаний упругого вещества, пронизывающего пространство и все тела, а скорость света, определенная Фуко, составляет 298 000 000 метров в секунду, или очень близко к среднему значению, полученному Максвеллом. , Вебером и Кольраушем для скорости распространения электромагнитных возмущений.Если так будет всегда, то очевидно, что одна и та же среда будет служить для объяснения явлений электростатики и электромагнетизма, а также для распространения света, который, следовательно, должен иметь природу электромагнитного возмущения. Если в идеальном изоляторе возникает электромагнитное возмущение, мы видели, что оно должно передаваться на неограниченное расстояние, поскольку между электрическими частицами и ячейками не может происходить скольжения, и поскольку сами частицы не могут перемещаться, кроме как путем индуцирования При соответствующем упругом напряжении в среде нет выхода для энергии возмущения, которая, следовательно, должна передаваться от ячейки к ячейке без ограничений.Но если среда является проводником, то есть если электрические частицы могут претерпевать постоянное смещение, переходя от молекулы к молекуле против сопротивления трения и без какой-либо тенденции к возврату, энергия электромагнитного возмущения будет постепенно рассеиваться; поскольку электрические частицы, вместо того, чтобы передавать все движение одного слоя клеток следующему, сами будут приводиться в движение, и часть энергии будет рассеиваться в виде тепла, а не передаваться внешнему слою клеток.Таким образом, нарушение будет постоянно уменьшаться по мере распространения, пока очень скоро не станет незаметным. Поведение такое же, как у ведущего и ведомого, соединенных дифференциальным колесом, эпициклическое движение которого замедляется силами, имеющими характер трения. Следовательно, электромагнитные возмущения не могут распространяться в проводниках электричества, и поэтому мы делаем вывод, что все истинные проводники непрозрачны для света.

Прозрачность электролитов, таких как солевые растворы и тому подобное, не представляет затруднений перед этим выводом, поскольку передача электричества в них происходит посредством процесса, полностью отличного от истинной проводимости и более похожего на конвекцию тепла, но Максвелл указал, что прозрачность сусального золота намного больше, чем может показывать теория.Таким образом, сопротивление отдельного кусочка сусального золота было таким, что оно должно было пропускать только 10-50 падающего на него света, что было бы совершенно незаметно, в то время как количество зеленого света, фактически передаваемого им, было легко восприниматься. Этот результат профессор Максвелл мог согласовать с теорией, только предположив, что «меньше потери энергии, когда электродвижущие силы меняются местами с быстротой колебаний света, чем когда они действуют в течение разумного времени, как в наших экспериментах.”

Мы видели, что скорость распространения электромагнитного возмущения в любой среде выражается частным из квадратного корня из упругости, деленного на квадратный корень из плотности диэлектрика. Мы узнали, что эластичность обратно пропорциональна удельной индуктивной емкости среды, в то время как плотность соответствует магнитной проницаемости. Отсюда мы заключаем, что скорость распространения электромагнитного возмущения изменяется обратно пропорционально квадратному корню из удельной индуктивной емкости, а также обратно пропорционально квадратному корню из магнитной проницаемости диэлектрика, и это должно быть верно для скорости света, если свет быть электромагнитным возмущением.Магнитная проницаемость большинства прозрачных сред, таких как стекло, кварц, сера, углеводороды и т. Д., Существенно не отличается от проницаемости вакуума, и, следовательно, в этих веществах скорость света должна быть обратно пропорциональна квадрату корень их удельной индуктивной способности; или, поскольку показатель преломления среды — это отношение скорости света в вакууме к его скорости в этой среде, отсюда следует, что показатель преломления должен быть прямо пропорционален квадратному корню из удельной индуктивной способности.Поскольку все наши измерения удельной индуктивной емкости относятся к действию электродвижущих сил, которые продолжаются в течение гораздо большего времени, чем продолжительность световой вибрации, следует ожидать, что последнее упомянутое соотношение будет наиболее близко соответствовать эксперименту, чем больше длина волны излучения. света или, как иногда утверждают, удельная индуктивная способность диэлектрика должна быть равна квадрату его показателя преломления для «света бесконечной длины волны».

Результаты измерений удельной индуктивной емкости некоторых жидкостей по Силову, а также газов, серы, парафина и смолы, согласуются с этой теорией, как и следовало ожидать.Больцман также обнаружил, что удельные индуктивные способности кристаллической серы вдоль ее трех кристаллографических осей различны, причем эти различия совпадают с разностями квадратов показателей преломления для света, проходящего вдоль этих трех направлений.

Доктор Хопкинсон ( Phil. Trans . Part II. 1881) недавно измерил удельную индуктивную способность скипидара, бензола, нефти, смазочного масла озокерита, касторового масла, масла спермы, оливкового масла и масла для ног.Углеводороды дают результаты, которые полностью соответствуют теории Максвелла, но жирные масла, которые представляют собой соединения глицерина с жирными кислотами, обладают слишком большой индуктивной способностью. То же самое, по-видимому, происходит со всеми разновидностями стекла, испытанными Гопкинсоном, удельная индуктивная способность которого варьируется от 6 ∙ 61 в случае очень легкого кремня до 9 ∙ 896 для «двойного сверхплотного» кремня. В случае твердого парафина результат Хопкинсона почти совпадает с результатом Больцмана и теорией Максвелла.В случае стекла, как и в случае жирных масел, высокая удельная индуктивная способность связана со сложным химическим составом стекла, состоящим в основном из силикатов металлов, включая силикаты щелочных и щелочно-земельных металлов. Измерение удельной индуктивной емкости стекла сопряжено с большими трудностями из-за явления, обычно известного как остаточный заряд или поглощение электричества, то есть очевидного проникновения электричества в вещество стекла.Это предмет, которым Максвелл проявил очень большой интерес, и в своей работе по электричеству и магнетизму он дал механическую иллюстрацию действия, исходя из предположения, что оно происходит из-за отсутствия однородности в стекле, некоторые части которого он должны проводить электричество лучше, чем другие, хотя в лучшем случае плохо. Форма эксперимента, очень красивая по своей конструкции, была разработана Максвеллом для измерения удельной индуктивной емкости и была проведена г-ном Дж. Э. Х. Гордоном, который смог изменить электрическое напряжение в стекле 12 000 раз в секунду; но это, конечно, не приближение к быстрому чередованию «волн» света.Однако с использованием используемого аппарата обработка наблюдений сопряжена с большими математическими трудностями, и поэтому к результатам следует относиться с осторожностью, независимо от того, рассматриваем ли мы их как поддерживающие теорию или как противоположные ей.

Применяя гипотезу молекулярных вихрей к действию магнитного поля на поляризованный свет, Максвелл «обнаружил, что единственный эффект, который вращение вихрей будет оказывать на свет, — это заставить плоскость поляризации вращаться в том же направлении. как вихри, на угол, пропорциональный

1. к толщине вещества.
2. к разрешенной части магнитной силы, параллельной лучу.
3. к показателю преломления луча.
4. обратно квадрату длины волны в воздухе.
5. к среднему радиусу вихрей.
6. к емкости по магнитной индукции ».

Соотношение (E) между величиной вращения и размером вихрей показывает, что разные вещества могут отличаться вращательной силой независимо от наблюдаемых различий в других отношениях.Мы ничего не знаем об абсолютном размере вихрей; и по нашей гипотезе оптические явления, вероятно, единственные данные для определения их относительного размера в различных веществах.

Теперь, независимо от действия магнитного поля на поляризованный свет, все явления диамагнетизма могут быть объяснены на основе гипотезы о том, что магнитная проницаемость диамагнетиков меньше, чем у вакуума, поэтому они ведут себя как парамагнитные вещества. погружен в среду более магнитную, чем она сама.Но Максвелл указал, что «поскольку М. Верде обнаружил, что магнитные вещества действуют на свет противоположно влиянию диамагнитных веществ, из этого следует, что вращение молекул должно быть противоположным в двух классах веществ».

Следовательно, мы больше не можем рассматривать диамагнитные тела как те, у которых коэффициент магнитной индукции меньше, чем у пространства, свободного от грубой материи. Мы должны признать, что диамагнитное состояние противоположно парамагнетику; и что вихри или, по крайней мере, большинство из них в диамагнитных веществах вращаются в том направлении, в котором вращается положительное электричество в намагничивающей катушке, тогда как в парамагнитных веществах они вращаются в противоположном направлении.

Возможно, мы не сможем завершить этот отчет о гипотезе молекулярных вихрей лучше, чем процитировав собственные слова Максвелла:

Я думаю, у нас есть веские доказательства того, что в магнитном поле происходит какое-то явление вращения; что это вращение осуществляется большим количеством очень маленьких частей материи, каждая из которых вращается вокруг своей оси, причем эта ось параллельна направлению магнитной силы, и что вращения этих различных вихрей зависят друг от друга. посредством какого-то механизма, соединяющего их.

Попытка, которую я [сделал] вообразить работающую модель этого механизма, должна рассматриваться не более, чем она есть на самом деле, демонстрации того, что механизм можно представить способным производить соединение, механически эквивалентное действительному соединению частей электромагнитное поле. Задача определения механизма, необходимого для установления заданного вида связи между движениями частей системы, всегда допускает бесконечное число решений. Некоторые из них могут быть более неуклюжими или сложными, чем другие, но все они должны удовлетворять условиям механизма в целом.

Следующие результаты теории, однако, более ценны:

1. Магнитная сила — это эффект центробежной силы вихрей.
2. Электромагнитная индукция токов — это действие сил, возникающих при изменении скорости вихрей.
3. Электродвижущая сила возникает из-за нагрузки на соединительный механизм.
4. Электрическое смещение возникает из-за упругой податливости соединительного механизма.

В статье, озаглавленной «Динамическая теория электромагнитного поля», зачитанной перед Королевским обществом 8 декабря 1864 года, Максвелл вывел все вышеперечисленные результаты чисто механическими рассуждениями, только предполагая существование среды, способной принимать и хранить повышают потенциальную и кинетическую энергию и, следовательно, способны выполнять работу по «восстановлению после смещения в силу своей упругости», в то время как части среды соединены «сложным механизмом, способным к самым разнообразным движениям, но в то же время так связаны, что движение одной части зависит в соответствии с определенными соотношениями от движения других частей, причем эти движения сообщаются силами, возникающими из относительных перемещений соединенных частей в силу их упругости.«Для существования такой среды у нас есть свидетельства, не зависящие от электрических воздействий. Что касается механизма, то в статье не делается попыток придать ему какой-либо определенный строй. Эта статья считается величайшим вкладом Максвелла в науку об электричестве, но большинство полученных в ней результатов уже упоминалось.

Следующее — хороший образец юмористической иронии Максвелла, много примеров которой есть в его научных работах. Он обсуждает некоторые разработки Бернхарда Римана Лоренцо, теории электромагнетизма Вебера и Неймана, которая основана на предположении, что действие между двумя величинами электричества является прямым действием на расстоянии и зависит не только от расстояния между ними. зарядов, но при их относительном движении.

Исходя из предположений, содержащихся в обеих этих статьях, мы можем сначала сделать выводы, что действие и противодействие не всегда равны и противоположны; и, во-вторых, это устройство может быть сконструировано для создания любого объема работы за счет собственных ресурсов.

Я думаю, что этих замечательных выводов из последних разработок теории Вебера и Неймана можно избежать, только признав действие среды в электрических явлениях.

Находясь в Кавендишской лаборатории, Максвелл сконструировал механическую модель, которая очень красиво иллюстрирует основные явления индуцированных токов.В качестве механизма это просто дифференциальный поезд, который часто используется в качестве динамометра для измерения мощности, потребляемой машиной. Схема устройства показана на рис. 13. Рифленое колесо P прикреплено к тому же валу, что и коническое колесо A, которое поэтому вращается вместе с ним, и вращение этой детали представляет собой первичный ток. Второе коническое колесо D свободно вращается на рычаге C D, который является одним из четырех рычагов (из которых только два показаны на рисунке), образующих крест, который может свободно вращаться на центральном валу в точке C.Скользящие грузы M M ’и т. Д. Могут быть закреплены в любом желаемом положении на этих рычагах, чтобы изменить момент инерции крестовины, которая является дифференциальной деталью в механизме. Третье коническое колесо B прикреплено шпонкой к тому же полому валу, что и колесо S, которое аналогично P, и вращение детали B S представляет ток во вторичной цепи. Поскольку вал B S полый и свободно движется по валу A C, колеса A и B могут вращаться совершенно независимо друг от друга, за исключением случаев, когда они соединены колесом D.P ’- указатель, прикрепленный к внутреннему валу и вращающийся с помощью P. Петля из веревки навешена на каждое из колес P и S и несет небольшой груз. Эти струны действуют как фрикционные тормоза для колес, а трение представляет собой сопротивление первичной и вторичной цепей соответственно. Момент инерции нагруженного крестовины или дифференциальной детали представляет собой моменты инерции ячеек, которые составляют молекулярные вихри в диэлектрике. Его кинетическая энергия при вращении представляет собой энергию вихрей, а его угловой момент пропорционален электромагнитному импульсу системы.Моменты инерции других частей механизма очень малы по сравнению с моментом инерции нагруженной крестовины. Движению крестовины и колеса D препятствует минимально возможное трение.

Предположим, что колесо P вращается, представляя ток в первичном проводе; тяжелый крест сначала не будет двигаться, но колесо D будет вращаться и сообщать движение B, который, с помощью S, будет вращаться в направлении, противоположном направлению P, представляя ток во вторичной цепи, противоположный этому направлению. в первичной.Но движению S препятствует фрикционный тормоз, и поэтому конечная сила должна быть приложена D к B, чтобы привести его в движение. Реакция B вместе с «силой, прилагаемой A, будет постоянно стремиться к тому, чтобы крест вращался в том же направлении, что и P, а скорость креста постоянно увеличивается, и в настоящее время он будет вращаться со скоростью, вдвое меньшей, чем P». , а затем D обернется вокруг B, который вместе с S останется в покое. Затем деталь BS будет оставаться в состоянии покоя до тех пор, пока вращение P остается постоянным, соответствующим прекращению тока во вторичной цепи, в то время как вращение в первичной остается неизменным, но если P ускоряется, S будет вращаться в противоположном направлении. к движению П.Теперь предположим, что P внезапно остановился. Кинетическая энергия креста заставит его продолжать вращаться до тех пор, пока он не выполнит соответствующее количество работы, преодолевая сопротивление, и, находясь в состоянии покоя, D будет катиться по нему и заставит B с помощью S вращаться в том же направлении, что и крест, то есть в том же направлении, в котором раньше вращался P, и каким бы ни было сопротивление движению S, он будет преодолен, и S будет вращаться до тех пор, пока работа, выполненная против сопротивления, не станет равной кинетической энергии, которой изначально обладала крестом.Это соответствует току, индуцируемому во вторичной катушке при остановке тока в первичной обмотке, причем ток идет в том же направлении, что и первичный ток, и продолжается до тех пор, пока энергия вращения молекулярных вихрей не будет израсходована в работе, выполняемой против электрического тока. сопротивление.

Если один оператор возьмется за колесо S и попытается удержать его в покое, пока другой прикладывает постоянную силу к P, движение P будет ускоряться гораздо медленнее, чем если бы к нему была приложена такая же сила, и S был свободен, потому что P может двигаться, только приводя в движение крест с его большим моментом инерции.Если оператор, который теперь поворачивает P, внезапно остановит его, машина будет испытывать сильный удар, и колесо S выскользнет из захвата другого оператора, как бы крепко он его ни держал. Сила, приложенная к S, может соответствовать воздушному разрыву во вторичной обмотке, и этого достаточно для предотвращения искры, когда ток батареи запускается в первичной обмотке, но за счет внезапной остановки первичного тока, как в катушке Кухмкорфа, пробивного разряда или искра проходит по воздуху между выводами вторичного провода.(Если оператор, который пытается удерживать колесо S в состоянии покоя, неопытен, эффект для него очень поразителен).

Если вставить штифт на поверхность колеса S и один конец пружины прижать к штифту, в то время как другой конец прикреплен к раме устройства, мы получим представление вторичной катушки, в которой цепь сломан, и лейденская банка вставлена ​​с ее покрытиями в концы проволоки. Когда движение P изменяется, S начинает двигаться и отклоняет пружину, что соответствует току во вторичной катушке, заряжающей лейденскую банку.Если пружина допускает очень большой прогиб, так что над ней нужно проделать большой объем работы, прежде чем она выскользнет из штифта, первичный ток может достичь своей полной силы до того, как произойдет скольжение. Это соответствует тому, что емкость лейденской банки слишком велика, чтобы позволить зарядить ее до потенциала, достаточного для образования искры. В этом случае искры не происходит, но когда сила между колесами D и B уменьшается из-за уменьшения ускорения P, пружина снимает напряжение, заставляя колесо S двигаться назад, и лейденская банка при соответствующих обстоятельствах тихо разряжается через вторичную обмотку, изменяя процесс зарядки в обратном направлении.Но если штифт выскользнет из пружины, колесо S будет вращаться, и пружина отлетит назад, что соответствует разрушительному разряду через воздух, и если ускорение P будет продолжаться достаточно долго, может произойти несколько таких разрушительных разрядов.

Мы, конечно, должны быть осторожны, чтобы не пытаться извлечь из такой модели уроки, которым она не была предназначена, и мы должны помнить, что поведение механизма не отражает электрическое действие во всех отношениях.

На протяжении многих лет Максвелл оказывал ценную услугу Британской ассоциации, особенно в области электротехники.Некоторые отчеты о собраниях, на которых он присутствовал, можно найти в письмах, напечатанных в другой части этой работы, и хотя в последние несколько лет его жизни другие занятия мешали ему посещать ежегодные собрания, он всегда выказывал признаки острого удовольствия, когда обсуждая «британских задниц». В 1862 году он был назначен членом «Комитета по стандартам электрического сопротивления». В отчете, выпущенном в 1863 г., Приложение «Об элементарных отношениях между электрическими измерениями» носит имя профессора Максвелла в сочетании с именем профессора Флиминга Дженкина, в то время как общее описание метода, используемого для определения Ом или Б.А. Единица сопротивления, вместе с математической теорией и деталями экспериментов, написаны пером Максвелла. В 1863–1843 годах Максвелл снова работал над тем же предметом в лаборатории Королевского колледжа, и большая часть «спинов» проводилась под его собственным наблюдением. В 1869 году результаты экспериментов Максвелла об отношении электромагнитного поля к электростатической единице электричества, описанные выше, были воплощены в Отчете Британской ассоциации на собрании в Данди, и это составляет последний из отчетов Комитета.

В 1874 году профессор Максвелл был избран членом комитета, назначенного Британской ассоциацией с целью исследования закона Ома. Большая часть работы, выполненной этим комитетом, была выполнена профессором Кристал в Кавендишской лаборатории под наблюдением и по предложению профессора Максвелла. Отчет об исследованиях будет найден в отчете, представленном Ассоциации на собрании в Глазго в 1876 году.

Прежде чем закончить наше сообщение о вкладе Максвелла в науку об электричестве, мы должны упомянуть о подготовке к печати книги «Электрические исследования достопочтенного Генри Кавендиша», опубликованной в 1879 году, всего за несколько недель до смерти ее редактора.Объем труда, который профессор Максвелл вложил в эту работу в течение последних пяти лет своей жизни, может быть известен только тем, кто постоянно находился в его компании. Практически все файлы MS. он переписывал собственноручно, большая часть копировалась после полуночи, пока он наблюдал за миссис Максвелл во время долгой болезни, о которой упоминалось в другом месте. Каждый неясный отрывок или намек был предметом долгого и тщательного исследования; и многие из них были написаны библиотекарем Королевского общества, а также научным и литературным друзьям в разных частях страны, чтобы получить информацию о значении устаревших слов и символов или об истории отдельных людей.Но помимо этого и сравнения результатов Кавендиша с результатами, полученными последующими исследователями, Максвелл повторил многие эксперименты Кавендиша почти в их первоначальной форме, используя только современные инструменты для измерения. Введение и приложения к работе свидетельствуют о большом труде, терпеливых исследованиях и очень обширном знакомстве с литературой, имеющей отношение к этой теме. Максвелл ни в коем случае не относился к тому классу «мыслителей», которые читали только свои собственные произведения; его знакомство не только с научной литературой, но и почти со всеми другими классами книг было поразительным; и если ему предлагали какой-либо вопрос физики, он обычно мог дать отчет почти обо всем, что было сделано по этому предмету.В этом отношении он походил на покойного профессора В. Х. Миллера, с которым кембриджские люди консультировались обо всем.

Ссылка
Кэмпбелл, Льюис и Уильям Гарнетт. Жизнь Джеймса Клерка Максвелла: с выбором из его переписки и случайных сочинений и очерком его вклада в науку . Лондон: Macmillan and Co. 1882. 513-556.

два параллельных провода находятся на расстоянии 5 см друг от друга в 0 см от каждого провода.0A и 72. 0 A между двумя проводами, где магнитное поле равно нулю? а. Вычислите силу между двумя параллельными проводами, проницаемость которых составляет 100 Гн / м, ток на проводах 1 и 2 составляет 20 А и 15 А соответственно, длина провода — 50 см, а расстояние между двумя проводами — 10 см. На рисунке показано поперечное сечение с проводами, проложенными перпендикулярно странице и точке {eq Нажмите здесь👆, чтобы получить ответ на свой вопрос, ️ 30,00 м / с соответственно. Найдите направление магнитного поля в точке P.Колледж физики. Усилие, прилагаемое одним проводом к другому на метр длины, составляет (а) 2 x 10-1 Н. 00 TO O T 10-5 1,0 см друг от друга. Нарисуйте векторную диаграмму и найдите чистое магнитное поле в точке P. Стержни отводятся от резистора с постоянной скоростью 4. 01 2. 2 ноября 2021 г. · Два длинных прямых параллельных провода на расстоянии 3 см друг от друга, как показано на рисунке. ниже. Определите величину и направление силы между двумя параллельными проводами длиной 35 м и 5. да, в 12 см от провода 5-A c. 0 А находится на странице.О ASAP Essays. 0А. 0 см друг от друга, каждый несет по 35а в одном направлении. На расстоянии 0 см друг от друга проходят токи в противоположных направлениях. 12. 0 A и 73. Два параллельных провода на расстоянии 2 м друг от друга переносят ток 2 A и 5 A соответственно в одном и том же направлении, сила на единицу длины, действующая между этими двумя проводами, составляет: A 2 x 1 0 — 6 Н · м — 1 24 декабря 2018 г. · Два параллельных провода в свободном пространстве на расстоянии 10 см друг от друга, и каждый пропускает ток 10 А в одном направлении. 2 = 4 А; d = 0. Отрезок провода длиной 50 м, подводящий ток к двигателю подводной лодки, имеет ток 1000 А и чувствительность 4.2 F. 38 имеют токи 5. Выразите свой ответ соответствующими единицами. 0 A находится вне страницы, а I 2 = 7. Они переносят ток I1 = 3 A и I2 = 5 A в противоположных направлениях. а) Если два тока текут в противоположных направлениях, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом? См. Справку по домашнему заданию — HW28Sources7 от PHY 338 Техасского университета. Вычислите силу, действующую между ними, и запишите ее характер. 8:00 см 8:00 см P 1:50 мм 24: 0 A 1:50 мм 12: 0 Проблема 28.Они также показывают силы, создаваемые двумя магнитными полями. Часть A. 80 A. 24 марта 2020 г. · Два длинных прямых провода параллельны друг другу на расстоянии 5 см друг от друга. Две длинные параллельные линии передачи 39. Определите величину и направление магнитудного поля. Два провода разделены 8c. 0 см справа от провода справа) и (c) в точке P2 (20,00 см друг от друга и переносят токи в противоположных направлениях, т.к. два параллельных провода равны 5. Провод AB 3. Два длинных прямых, параллельные провода 8.Найдите величину и направление магнитного поля в точке P, когда ток в левом проводе отсутствует. 17 октября 2007 г. · Два длинных параллельных провода находятся на расстоянии 1,0 см друг от друга и равны 4,0. см друг от друга и несите 5. 8 x 10-5 T 4) 4. Два параллельных провода на расстоянии 5:00 см друг от друга и несут токи в противоположных направлениях, как показано на рис. Уравнения домашнего задания B = [itex] \ frac {μI} { 2∏R} [/ itex] Попытка решения Я знаю уравнения и способы решения простой задачи. На расстоянии 00 см. Отрезки проволоки по 50 мм, расположенные напротив друг друга по 8.05 м Правило правой руки применяется к двум очень большим параллельным листам, равным 5,0 A в одном направлении. Есть ли точка между двумя проводами 27 августа 2021 г. · Два параллельных провода на расстоянии 20 см друг от друга несут ток 5 А в одном направлении. 00 см друг от друга и проводите токи в противоположных направлениях, как показано на рис. Пожалуйста, введите ваш ответ как расстояние от провода, несущего 30. Да, 7,0 см друг от друга и соединены резистором. Они проводят ток l1 = 3 A и 12 = 5 A в противоположных направлениях. 50 см друг от друга и несут равные антипараллельные токи 1.28 × 10-4 ньютонов на метр и сила притяжения верны, как показано в ответе Питера Бетцкеса на вопрос. Два параллельных проводника находятся на расстоянии 5 см друг от друга и несут токи 8 и 4 А в одном направлении. 00 A в противоположных направлениях и разделены на 10. Два параллельных провода 5 0 A направлены на восток. 0 см слева от провода слева). Бесконечно длинные провода несут равные токи I2. Две параллельные рельсы с незначительным сопротивлением равны 10. 1. Найдите величину и направление магнитного поля в точке {eq} P {/ eq. Два параллельных провода равны 5.A. Домашнее задание Уравнения [tex] B = \ frac {u_ {0} I} {2 \ pi r} [/ tex] бесконечный провод. Попытка решения. Два длинных прямых провода параллельны друг другу на расстоянии 10 см друг от друга. Сила, создаваемая. На расстоянии 5 см несут 30. L. Два параллельных провода в свободном пространстве на расстоянии 10 см друг от друга, и каждый пропускает ток 10 А в одном и том же направлении. как показано на рисунке. Найдите величину магнитного поля в точке P 3, 20 0 см непосредственно над точкой P 1. 8 x 10-5T Ответ на: 1) Два длинных параллельных провода на расстоянии 20 см друг от друга несут ток 5.0 см. 00 см друг от друга, как показано на рисунке 30. На расстоянии 00 см друг от друга проходят токи в противоположных направлениях, т.к. два параллельных провода равны {eq} 5. По одному из них протекает ток, равный 2. В цепи также есть два металлических стержня с сопротивлением 10. (a) Если по каждому проводу проходит ток величиной $ 50 \ mathrm {A} $ в одном и том же направлении, какова магнитная сила на метр, действующая на каждый провод? 06 мая 2019 г. · Два бесконечно длинных параллельных провода несут токи величиной I 1 и I 2 и находятся на расстоянии 4 см друг от друга. E28. Нижний провод.Какова взаимная сила на единицу длины проводов? I. Ответ (1 из 3): Числовое значение 1. Найдите величину и направление чистого электрического поля, создаваемого этими листами при a Сила между двумя проводами. Два длинных прямых провода параллельны друг другу на расстоянии 10 см друг от друга. 8 x 10-5T Щелкните здесь👆 чтобы получить ответ на свой вопрос ️ Два параллельных провода длиной 5 м каждый проложены на расстоянии 10 см друг от друга в воздухе. А вот и провод. 0 А провод КД несёт 1. 00 см? б) Является ли сила притягательной или отталкивающей? 3: А 2.Если два тока текут в противоположных направлениях, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другой? Два длинных прямых провода параллельны и расположены на расстоянии 10 см друг от друга. (R = 4. Решение • Средняя точка находится на расстоянии 0,5 см друг от друга, токи переноса. 10-7 Втб. Найдите величину и направление магнитного поля. 8 сентября 2021 г. · Каждый из двух длинных прямых параллельных проводов на расстоянии 5 см от 50 А. м -1) Известно: 0. F. Однородное магнитное поле по величине, чтобы ток лучше проникал в провода.Отношение двух токов и их взаимное направление равно (A) I 2 / I 1 = 9, антипараллельно Два длинных прямых провода параллельны и расположены на расстоянии 10 см друг от друга. I. 28. 80 и переносят токи в противоположных направлениях, как показано на рисунке. а) Если два тока текут в противоположных направлениях, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом? Два параллельных провода — ток 5 В. 0А. Найдите все места, где чистое магнитное поле двух проводов равно нулю, если эти токи имеют одинаковое направление.Q7 Два длинных прямых параллельных провода на расстоянии 50 см друг от друга несут устойчивый ток. Они должны проводить равные токи, так чтобы магнитное поле в точке на полпути между ними имело величину 320 мкТл. 00 A токи в том же направлении (см. Рисунок 1)). Третий провод длиной L = 10. Предположим, что листы достаточно велики, чтобы их можно было рассматривать как бесконечные. 37. 50 мкКл / м2, и лист B, который находится справа от A, несет равномерный заряд -11. 10-7 N, привлекательный. Просмотреть справку по домашнему заданию — HW28Sources7 от PHY 338 в Университете Техаса.Они несут равные токи в одном и том же направлении и испытывают взаимную притягивающую силу 3. IIL d I. 05 м от каждого провода, и из уравнения величины B 1 и B 2 равны. • Общее поле вверх. Два параллельных провода 5. Верхний провод имеет 4 A 4 A север, а нижний провод 6 A 6 A юг. отталкивающая (b) 2 x 10-7 N, отталкивающая (c) 2 x 10-4 N, притягивающая (d) 2 x. 12} $. Найдите магнитное поле между проводами 10. 2 x 10-5 Тл 2) 6. Есть ли между двумя проводами точка, в которой магнитное поле равно нулю? A) да, посередине между проводами B) да, в 12 см от провода 5-A C) да, 7.4 х 10-5Т 3) 3. 00 см от Р. Поле нулевое. на полпути между проводами. Найдите величину и направление магнитного поля в точке P, создаваемого двумя магнитами на расстоянии 1,60 см друг от друга, и переносят токи в противоположных направлениях, как показано на (Рис. 1). Два бесконечно длинных параллельных провода лежат на земле на расстоянии a = 1. Часть B. 00 см). Щелкните здесь, чтобы получить ответ на свой вопрос ️ 30. Какова величина магнитного поля в точке 5. Каковы направление и величина тока в точке 27 августа 2021 г. · Два параллельных провода на расстоянии 20 см друг от друга. переносят токи 5 А в том же направлении.Определите величину силы между двумя параллельными проводами. Допустим, по проводу 1 выводится ток I 1 со страницы. Сила, прилагаемая одним проводом к другому на метр длины, равна [(1997)] 2 x 10-4 Н, отталкивающая 2 x 10-7 Н, отталкивающая 2 x 10-4 Н, притягивающая 2 x 10-7 Н, притягивающая. Задача 30 Легкая сложность. 5. 00 см друг от друга. Магнитное поле на полпути между ними будет 1) 3. Две длинные параллельные линии передачи 41. 18. Найдите все места, где суммарное магнитное поле двух проводов равно нулю, если эти токи совпадают. 01 марта 2021 г. · Две длинные параллельные провода на расстоянии 20 см несут токи 5.Какова величина магнитной силы, испытываемой каждым проводом (μ o = 4π. М. На расстоянии 5 см, переносят 28. Два параллельных провода в свободном пространстве находятся на расстоянии 10 см друг от друга, и каждый из них пропускает ток силой 10 A в одном и том же направлении сила, прилагаемая одним проводом к другому на метр длины, составляет: 24 декабря 2018 г. · Два параллельных провода в свободном пространстве на расстоянии 10 см друг от друга, и каждый из них пропускает ток 10 А. Определите напряженность магнитного поля в точке P, равноудаленный от проводов. 11 = 6 A; I.Верхний провод. Два длинных прямых провода параллельны и разнесены на $ 25 \ mathrm {cm} $. В этом видеоуроке по физике объясняется, как рассчитать магнитную силу между двумя параллельными токоведущими проводами, используя формулу, полученную из уравнения. Вопрос из — DC Pandey PHYSICS Class 12 Вопрос по главе — 020 MAGNETICS CBSE, RBSE, UP, MP, BIHAR BOARDQUESTION ТЕКСТ: — Два длинных параллельных провода разделены. Два параллельных провода, по которым проходят токи I 1 и I 2, находятся на расстоянии 20 см друг от друга. 00 \ cm {/ eq} и переносят токи в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.Лист А несет однородную поверхностную плотность заряда -9. Если два тока текут в одном и том же направлении, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом? (а) Какой ток в проводах, если они разделены на 2. Два параллельных провода на расстоянии 10 см друг от друга переносят ток 8А в противоположном направлении. Найдите величину магнитного поля в точке P, создаваемого двумя 1 см от одного из них и 10 см от другого T 10-5 1,00 T 10-5 x 2,8a. Решено: A. Вопрос от — DC Pandey PHYSICS Class 12 Вопрос главы — 020 MAGNETICS CBSE, RBSE, UP, MP, BOARD BOARD ТЕКСТ: -Два длинных параллельных провода разделены. Ответ (1 из 8): Следующие рисунки показывают магнитное поле линии (красные), создаваемые токами, протекающими по двум проводам.-4Н. Установлено, что величина чистого магнитного поля достигает ненулевых минимальных значений между двумя проводами и на расстоянии 1 см от первого провода. 33. да, на полпути между проводами b. Вот провод А. 0 А, другой ток 5,00 см 8. Отрезки провода диаметром 50 мм, расположенные друг напротив друга на расстоянии 8,00 см друг от друга. 00 м / с и 2. Два длинных прямых провода лежат параллельно друг другу на расстоянии 5 см друг от друга. Найдите величину и направление магнитного поля в точке P, создаваемого двумя элементами тока с длиной сегмента 1.0 А токи. Два длинных прямых параллельных провода — это 10. 01 августа 2012 г. · Два длинных параллельных провода по каждому проходят с током 5. Два параллельных прямых провода 10,00 см от точки P 2. Пример 5: Два провода 5 см. По проводу 2, расположенному на расстоянии d справа от провода 1, за пределы страницы проходит ток I 2. Два длинных параллельных провода на расстоянии 20 см друг от друга несут токи 5. Два длинных прямых провода, по которым проходят токи 2 и 5 А в одном и том же направлении, поддерживаются параллельно на расстоянии 10 см друг от друга. А -1. 50 мм, которые расположены друг напротив друга и расстояние между ними r = 8.10-7 Н, привлекательный Два параллельных провода равны 5. Задача № 5 Два параллельных провода равны 5. Часть A Найдите величину магнитного поля в точке P, создаваемого двумя проводами на расстоянии 1,00 см друг от друга и переносящими токи в противоположных направлениях, как показано в $ \ textbf {Рис. 2. 00-А токи того же направления. Два параллельных токоведущих провода будут оказывать друг на друга силы. 00 см друг от друга и проводят токи I 1 = 12 A и I 2 = 24 A в противоположных направлениях, как показано на следующем рисунке. (а) Должны ли токи быть одинаковыми или противоположными.Ответьте в формате B = B_î + B, j. Найдите ток в проводниках. Найдите величину и направление магнитного поля в точке P из-за двух 1. На рисунке показано поперечное сечение с проводами, идущими перпендикулярно странице, и точкой P, лежащей на серединном перпендикуляре линии между проводами. 40 см друг от друга и переносят токи в противоположных направлениях, как показано на рисунке (Рисунок 1). 7 см от провода 5-А d. а) Если два тока текут в противоположных направлениях, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом? Два провода, показанные на рисунке P19.Найдите направление и величину чистого магнитного поля (а) в точке на полпути между проводами, (б) в точке P1 (10-я неделя 9 Глава 28 Задача 28. 0 и скольжение по рельсам. Сила отталкивания 00-N от параллельного провода 5. 0 A. Ток I 1 = 5. 1 = 6 A. Проблем нет 28. Если по одному проходит ток 2 А, а по другому — 3 А в обратном направлении, найдите силу А. ) Найдите величину магнитного поля в точке P из-за двух 1. 10. 2 = 4 A d = 5 см. Они находятся на расстоянии 10 сантиметров друг от друга и частично… Два длинных прямых параллельных провода.0 A и 8. 50-миллиметровые отрезки провода, расположенные напротив друг друга и каждый 8. (a) Если два тока текут в противоположных направлениях, какова величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом ? Библиотека вопросов и ответов по продвинутой физике Два длинных прямых параллельных провода на расстоянии 3 см друг от друга, как показано на рисунке ниже. 7 см от провода 5-А D) № Течение движется в том же направлении. 15 августа 2013 г. · Два длинных прямых провода параллельны и 9. Третий токоведущий провод размещен в плоскости двух других параллельно им, на расстоянии daB от провода AB и на расстоянии dco от провода CD.6 мкКл / м2. Если два тока текут в одном и том же направлении, каковы величина и направление силы на единицу длины одного провода на другом? По каждому из двух длинных прямых параллельных проводов {экв} 5 см {/ экв} проходит ток величиной {экв} 100 А {/ экв}. Сила между двумя проводами. На расстоянии 0 см друг от друга проходят токи в противоположном направлении. Найдите величину и направление магнитного поля в точке P с учетом двух противоположных отрезков провода размером 1:50 мм. Два параллельных провода равны 5. Два параллельных провода находятся на расстоянии 5 см друг от друга.

qwe nbw wvi 8aa uaq 0qv 8l1 hqz rlj tgm ebz l0z 9hp s6t zzi sor dvu c7f 0bi 6j5

Уравнение электромагнитного поля Максвелла No.1

Уравнение электромагнитного поля Максвелла № 1

Максвеллс Электромагнитный
Полевое уравнение № 1

Автор
Джордж Дж. Спикс

1.0 Формулировка уравнения

Следующее электростатическое поле
уравнения будут разработаны в этом разделе:

Первое уравнение Максвелла основано на Гауссе
закон электростатики, опубликованный в 1832 году, в котором Гаусс установил
взаимосвязь между статическими электрическими зарядами и их сопутствующими
статические поля.

Приведенное выше интегральное уравнение утверждает, что электрический поток через
закрытая поверхность равна общему приложенному заряду.

Дифференциальная форма уравнения утверждает, что дивергенция или
исходящий поток электрического потока из точки равен объемному заряду
плотность в этой точке.

1.1. Уравнение Максвелла № 1; Площадь
Интеграл

Выведем интеграл
уравнение, рассматривая сумму плотности электрического потока на
площадь поверхности, а затем как сумма объемов, содержащих электрические
обвинение.Показано, что два интеграла равны, если они основаны на
такое же обвинение. Два примера с использованием уравнений:
показано.

1.1.1 Закон Гаусса

Закон электростатики Гаусса гласит, что линии электрического
поток,

f _E , исходит от положительного заряда, q и
прекращаются, если они прекращаются, на отрицательном заряде. Пространство внутри
на которое оказывают свое влияние заряды, называется электростатическим полем.

Схема на Рисунке 1.1 представляет заряды и три
размерное поле. Поле визуализируется как состоящее из линий
поток. Для изолированного заряда линии потока не оканчиваются и имеют вид
считается продолжающимся до бесконечности.

Чтобы получить уравнение, связывающее электрическую
заряда q и его потока

f _E , предположим, что заряд центрирован в сфере
радиус r метров. Плотность электрического потока D тогда равна
электрический поток, исходящий от заряда, q , деленный на площадь
сфера.

кулонов на квадратный метр; где площадь
перпендикулярно линиям потока. (Один кулон равен
величина заряда 6,25

X 10 ¹⁸ электронов.)
Тогда заряд, заключенный в сфере, равен электрическому потоку
плотность на его поверхности, умноженная на площадь, вмещающую заряд.

q (кулоны включены) =

D x 4 r ² .

Линии потока, вносящие вклад в
плотности потока те, которые оставляют сферу перпендикулярно поверхности
сферы.Это приводит к интегральной формулировке этой части
Закон Гаусса;

Знак интеграла указывает на суммирование
бесконечно малые площади, d

a , чтобы получить всю площадь поверхности.

Кружок на знаке интеграла означает, что интеграл или
Суммирование площадей ведется по замкнутой сплошной поверхности.

Полужирные буквы обозначают, что буква представляет вектор, т. Е.
эта величина имеет величину и направление.Расстояние, скорость,
ускорение и сила — общие примеры векторов.

Д

— вектор плотности электрического потока в кулонах на квадратный метр.

(указанная точка) следующий
Д
показывает, что при умножении двух
векторы, D
и d a .

Скалярное произведение (обсуждается ниже) указывает, что величины
два вектора умножаются вместе, а затем этот продукт умножается
косинусом угла между двумя векторами.Точечный продукт здесь
позволяет определить эффективные линии потока, протекающего через
поверхность.

1.1.2 Векторное точечное произведение

Приложение векторного скалярного произведения может быть проиллюстрировано вычислением
работать над следующей проблемой физики.

Напомним, что работа = сила, умноженная на расстояние. Работа равна продукту
силы, то есть в направлении движения силы, умноженное на
расстояние, на которое движется сила.

В следующем примере предположим, что человек толкает швабру по
пол с ручкой швабры под углом 60 градусов к полу, как в
Рисунок 1.2. На этих диаграммах стрелки используются для обозначения векторов.

Через
ручка швабры. Как показано на диаграмме, только эта составляющая силы в
направление параллельно полу используется при расчете работ.
Мы видим, что сила параллельна полу;

20 фунтов x косинус 60 ⁰ = 10 фунтов.

Что нужно сделать, если протолкнуть швабру на 8 футов по полу?

10 фунтов x 8 футов = 80 футов.фунты

Используя скалярное произведение, можно получить уравнение работы:

Работа = F orce d istance.

Скалярное произведение означает, что работа равна величине силы.
умножить на величину пройденного расстояния, умножить на косинус угла
между двумя векторами.

Или, работа = сила на ручке швабры, умноженная на расстояние, на которое сила
перемещается, умноженное на косинус угла между силой и полом.

Работа = 20 фунтов умножить на 8 футов умножить на 1/2 = 80 фут-фунтов.

Только та составляющая полной силы в направлении, параллельном
пол, полученный с помощью скалярного произведения, используется в
расчет работы.

Это показывает, что скалярное произведение определяется как метод вектора
умножение, в котором векторные величины умножаются вместе и
затем этот продукт умножается на косинус включенных векторов
угол.Всегда должен быть вектор на
с каждой стороны точки в скалярном произведении.

Следовательно, когда скалярное произведение используется в законе Гаусса, только то, что
составляющая потока, параллельная вектору, представляющему площадь, будет
вносят свой вклад в общую вложенную плату.

1.2 Закон Гаусса; Интегральная площадь
Примеры

Способ определения начисления
с помощью скалярного произведения
аналогично нахождению Работы как скалярного произведения между приложенной Силой и
Расстояние.С помощью этого метода только те компоненты векторных линий
потока в том же направлении, что и вектор, представляющий площадь, будет
суммируется в расчете начисления. Или, иначе говоря: только
эти силовые линии, перпендикулярные поверхности, включены в
результат скалярного произведения для получения заряда прилагается.

Скалярное значение всегда является результатом скалярного произведения. В таком случае,
результат — количество кулонов. Примеры других скалярных величин
температура, масса и мощность.Скалярная величина, в отличие от
вектор, не имеет направления.

Дифференциальный элемент площади равен

d a . Вектор
Представляющая область указывается перпендикулярно этой области.
Использование скалярного произведения между вектором, представляющим площадь
d a и
плотность потока D , приводит к получению эффективного потока через
площадь. Суммирование всей площади в
квадратные метры.

Предварительное уравнение (закон Гаусса) в нашей процедуре для получения
Первое уравнение Максвелла теперь;

Это интегральное уравнение утверждает, что
величина плотности электрического потока, нормального к поверхности, вызвана
удельное количество заряда, q , заключенное в поверхность.

Рассмотрим следующие примеры определения плотности электрического потока
на сферической поверхности и на цилиндрической поверхности.

1.2.1 Определение плотности потока на сфере

Предположим, что заряд в один кулон центрирован в сфере радиуса r.
метров как на рисунке 1.3. Рассчитайте плотность электрического потока

D по
поверхность на сфере. Интеграл или сумма площади
сфера 4 п р ² кв.

Вектор, представляющий область, направлен
нормально к этой области. Вектор, представляющий небольшую область,