Как можно обнаружить магнитное действие тока: в чем проявляется магнитное действие тока?

Магнитное действие тока применение

Электрический ток производит магнитное действие (рис. 2.8). Другими словами, вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Это замечательное открытие, и его дальнейшее изучение привело к важным практическим следствиям: электрические машины (двигатели и генераторы), электромагниты, телеграфные и телефонные аппараты основаны именно на взаимодействии электрического тока и магнитного поля.

Рис. 2.8. Магнитная стрелка поворачивается под действием тока. Ток в проводах направлен по ходу часов; северный конец стрелки повернут от нас. Если изменить направление тока, положение стрелки изменится на прямо противоположное: северный конец обернется к нам

Рис. 2.9. Правило винта. На рисунке изображены круговой ток и расположенная на оси компасная стрелка. Если винт поворачивается по направлению кругового тока, он будет ввинчиваться в направлении от южного конца к северному концу компасной стрелки

Рис. 2.10. Правило винта. На рисунке изображены прямолинейные проводники с током и по две компасные стрелки, расположенные вблизи проводников. Они повернуты в определенном направлении магнитным полем тока. Северные концы компасных стрелок показывают, в каком направлении нужно вращать рукоятку, чтобы винт ввинчивался по направлению тока

Ясно, что изучающим электротехнику очень важно понять законы взаимодействия электрического тока и магнитного поля.

Правило винта. Направление, в котором ток стремится повернуть компасную стрелку, легко определить, пользуясь правилом винта (рис. 2.9 и 2.10).

Предельная коммутационная способность циклического действия электрического реле — 117. Предельная коммутационная способность циклического действия электрического реле D. Schaltvermögen bei Schaltspielen E. Limiting cyclic capacity F. Pouvoir limite de manoeuvre Наибольшее значение тока, которое выходная цепь электрического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 19350-74: Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения — Терминология ГОСТ 19350 74: Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения оригинал документа: 48. Активное статическое нажатие токоприемника Нажатие токоприемника на контактный провод при медленном увеличении его… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Химический источник тока — (аббр. ХИТ) источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию. Содержание 1 История создания 2 Принцип действия … Википедия

ГОСТ Р 52726-2007: Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 52726 2007: Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия оригинал документа: 3.1 IP код: Система кодирования, характеризующая степени защиты, обеспечиваемые… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Генератор переменного тока — Эта страница требует существенной переработки. Возможно, её необходимо викифицировать, дополнить или переписать. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К улучшению/23 октября 2012. Дата постановки к улучшению 23 октября 2012 … Википедия

Источники тока — устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах)… … Большая советская энциклопедия

Потенциал действия (action potential) — П. д. это самораспространяющаяся волна изменения мембранного потенциала, к рая последовательно проводится но аксону нейрона, перенося информ. от клеточного тела нейрона до самого конца его аксона. При нормальной передаче информ. в нервных сетях П … Психологическая энциклопедия

ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА — величина, характеризующая электрические свойства (см.) и полупроводников (см.), равная отношению средней установившейся скорости движения носителей тока (электронов, уст ионов, дырок) в направлении действия электрического поля к напряжённости Е… … Большая политехническая энциклопедия

Аэротермические электростанции циклонного действия — Изобретение аэротермических электростанций связано с наблюдениями за тепловыми воздушными потоками, поднимающимися в атмосфере. Идеально видеть их ламинарными, но это трудно осуществимая задача, они всегда буду подвержены турбулентности, причем… … Википедия

В 1820 году датский ученый Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что вблизи проводника с током магнитная стрелка поворачивается, ориентируясь перпендикулярно проводнику. Вскоре после этого французский ученый Андре Мари Ампер открыл, что проводники с током также взаимодействуют друг с другом.

Дальнейшие исследования показали, что взаимодействие проводников, по которым текут токи, осуществляется посредством магнитного поля, которое создается движущимися зарядами и действует тоже на движущиеся заряды.

Магнитное действие тока сыграло огромную роль в распространении электричества: чуть заметное движение магнитной стрелки «преобразилось» сегодня в неутомимую работу миллионов электродвигателей.

Магнитное действие тока замечательно тем, что оно проявляется всегда (химическое действие тока отсутствует при прохождении тока через металлы, а тепловое – при прохождении тока через сверхпроводники). Поэтому магнитное действие тока используют для измерения силы тока.

Магнитное поле. 11 класс. Физика. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Магнитное действие электрического тока  наблюдается всегда, когда существует электрический ток. Проявляется магнитное действие, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Чтобы изучить магнитное действие тока, воспользуемся магнитной стрелкой. (Она, как известно, является главной частью компаса.) Напомним, что у магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный. Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на остриё, чтобы она могла свободно поворачиваться.

Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

Эрстед Ханс Кристиан (1777—1851)

Датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что при вело к возникновению новой области физики — электромагнетизма.

Опыт Эрстеда

Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (рис.). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Рис.  Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки

Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т. е. электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».

Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.

В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

На рисунке изображена картина магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки рас полагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Рис. Картина магнитного поля проводника с током

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля.

Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию.

Рис.  Расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током

На рисунке  а показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. б; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой). Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд

«Модели эфиров»

Если бы Андре Мари Ампер (рис. 1) знал о действии электрического тока, то продвинулся гораздо дальше в своих открытиях.

Рис. 1. Андри Мари Ампер

Как и многие учёные того периода Ампер придерживался «модели эфира»: электрический ток – эфир, некая жидкость, которая протекает по проводникам. Именно отсюда и сам термин «электрический ток» — то, что течёт. Только в самом конце XIX века – вначале ХХ модели эфиров стали отходить, а на смену им стали появляться новые модели адекватнее отражающие наблюдаемые явления. В частности были открыты катодные лучи, была выявлена радиоактивность, проведены исследования Фарадея по электролизу – всё это наводило на мысль о существовании заряжённых частиц, которые как-то движутся.

Электронная модель Хендрика Лоренца 

Серьёзную модель предложил учёный Хендрик Лоренц (рис. 2) так называемую «электронную модель». При образовании кристаллической решётки металлов, от каждого атома металла отрывается по одному внешнему электрону, таким образом, в узлах кристаллической решётки находятся положительные ионы, а в объёме этой решётки почти свободно могут двигаться электроны (рис. 3).

Рис. 2. Хендрик Лоренц

Такая модель является достаточно устойчивой, потому что действуют электростатические силы между положительно заряжённой решёткой и электронным окружением. Именно поэтому металлы достаточно прочны для разряжения, но в то же время, ковки.

 

Рис. 3. Кристаллическая решетка

Модель, предложенная Лоренцом, хороша хотя бы тем, что достаточно легко объясняла возникновение электрического тока в металлах. При обычных условиях эти электроны находятся в беспорядочном движении вокруг кристаллической решётки. И только при подаче разности потенциалов на конце проводника, когда внутри проводника появляется электрическое поле, кроме этой хаотической составляющей появляется другая – упорядоченная составляющая или направленное движение. Именно это движение, согласно модели Лоренца, представляет собой электрический ток.

Так, со стороны магнитного поля  на проводник с током (I), действует сила Ампера  перпендикулярная направлению тока и направлению линии магнитного поля. (Рис. 4)

Рис. 4. Направленное движение

«Если электрический ток представляет собой направленное движение зарядов, то не будет ли со стороны магнитного поля действовать такая же сила» — примерно, так рассуждал Лоренц. В выражение для силы Ампера (1.1.) вместо силы тока подставим определение силы тока – отношение перенесенного заряда в проводнике ко времени, за которое было осуществлено данное перенесение.

  (1.1)

   (1.2)

Также заметим, что отношение элемента длины проводника к интервалу времени – скорость движения заряда.

   (1.3)

Тогда выражение принимает вид (6.4.). Модуль силы равен произведению величины магнитной индукции поля на количество переносимого через проводник заряда на скорость частиц, которые переносят заряд и на синус угла между направлением движения заряда и  направлением вектора магнитной индукции.

 (1.4)

Учтём, что носителями электрического тока в проводнике являются электроны, величина зарядов которых одинакова. Поэтому можно записать, что совокупный заряд, переносимый через поперечное сечение проводника – произведение элементарного заряда на количество электронов переносимых через поперечное сечение проводника.

  (1.5)

 (1.6)

Вывод приведенной формулы был сугубо формальным, однако, даже такой вывод позволял предположить, что не только на проводник с током, но и на отдельный заряд в магнитном поле будет действовать сила со стороны этого поля. Предположим, что число зарядов равно единице и этот заряд движется не внутри кристаллической решётки, а в свободном пространстве. Возникает вопрос: что произойдёт с этим зарядом, если он войдёт в область, где существует однородное магнитное поле? Согласно нашей гипотезе, на частицу, движущуюся в однородном магнитном поле, должна действовать сила, которая перпендикулярна скорости этой частицы (поскольку именно так будет направлен электрический ток, связанный с движением этих частиц) и перпендикулярна линиям магнитного поля. Величина этой силы будет определяться так:

Проверка гипотезы Лоренца – принцип работы электронно-лучевой трубки  

Открытие катодных лучей, а также радиоактивности позволили проверить экспериментально гипотезу Лоренца. Воспользуемся электронно-лучевой трубкой (рис. 5)

Рис. 5. Электронно-лучевая трубкой

В вакуумной трубке размещены две пластины: анод и катод. На катод подаётся отрицательный потенциал, на анод – положительный. Для того чтобы в трубке возникли свободные электроны, катод нагревается нитью накала. Свободные электроны металлического катода вблизи его поверхности могут покидать эту поверхность, обладая высокой кинетической энергией за счёт нагревания – явление термоэлектронной эмиссии. Свободные электроны, покинувшие поверхность катода, попадают в зону действия электрического поля между анодом и катодом. Линии напряжённости этого поля направлены от анода к катоду. Электроны, будучи отрицательно заряженными частицами, движутся от катода к аноду – против линии напряжённости поля. Так в трубке возникает электрический ток, направленный от анода к катоду. Если использовать анод, покрытый специальным материалом, который светится при попадании на него заряжённых частиц, можно пронаблюдать место попадания электронов по световому пятну. Именно так и работает электронно-лучевая трубка. При подаче напряжения на анод и катод мы видим небольшое зелёное пятно на аноде – это место бомбардировки экрана электронами.

Опыты с осциллографом 

Если воспользоваться осциллографом (рис.6), то будет показано не световое пятно, а светящаяся линия. Когда одним из полюсов подводят к горизонтальной линии, находящейся на осциллографе – она отклоняется от своего первоначального значения в направлении перпендикулярном направлению скорости и направлению линий магнитного поля, поскольку магнитное поле направлено от северного полюса к южному. Это на качественном уровне подтверждает гипотезу.

Попытаемся получить не только качественные, но и количественные результаты. Для этого будем проверять зависимость силы действующей со стороны магнитного поля от различных факторов. В частности от скорости движения электронов. Каким образом можно поменять скорость движения электронов в осциллографе? При помощи регулировки яркости линии на осциллографе можно изменить скорость движения электронов в осциллографе. Чем ярче линия – тем быстрее движется электроны внутри трубки. Если поднести магнит к осциллографу северным полюсом и менять скорость движения электронов – то по мере уменьшения яркости – искажение лини также будет уменьшаться. Это означает, что сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны, при уменьшении скорости электронов тоже уменьшается. Более точные измерения дадут нам прямую пропорциональность между силой, действующей со стороны магнитного поля на движущиеся заряды и скоростью этих зарядов. Сила, действующая на заряды со стороны магнитного поля, пропорциональна индукции – если поднести несколько магнитов к осциллографу, то искажение будет гораздо сильнее. Величина силы действующей со стороны магнитного поля на движущийся заряд зависит от взаимного направления вектора магнитной индукции и вектора скорости движения частиц – при поднесении магнитов к осциллографу южным полюсом – линия будет искажаться в противоположном направлении.

Рис. 6. Осциллограф

Электромагниты

Обобщим выводы из проделанных экспериментов. На движущийся в магнитном поле заряд (q) со стороны магнитного поля действует сила (F), направление которой зависит от взаимного направления вектора скорости движения () заряда и вектора магнитной индукции поля (В). Величина силы пропорциональна скорости движения заряда и модулю магнитной индукции. Направление силы определяется по правилу «Левой руки» (рис. 4).

 (1.7)

Таким образом, полученное ранее выражение для силы, описывает взаимодействие магнитного поля с движущимся в этом поле электрическим зарядом. Открытие силы действия магнитного поля на движущийся в нём заряд стало возможным только благодаря улучшению представлений о строении вещества, электрическом токе в металлах, движении заряженных частиц. И огромную роль во всех этих задачах сыграл Лоренц, поэтому открытая сила и получила название – сила Лоренца.

Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы

Взаимодействие проводников с током 

Выделим основные открытия Ампера в области электромагнетизма:

1. Взаимодействия проводников с током

Два параллельных проводника с токами притягиваются друг к другу, если токи в них сонаправлены и отталкиваются, если токи в них противонаправлены.

Закон Ампера гласит:

Сила взаимодействия двух параллельных проводников пропорциональна произведению величин токов в проводниках, пропорциональна длине этих проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

  (1.1.)

F – сила взаимодействия двух параллельных проводников,

I1, I2 – величины токов в проводниках,

∆ℓ − длина проводников,

r – расстояние между проводниками.

Открытие этого закона позволило ввести в единицы измерения величину силы тока, которой до того времени не существовало. Так, если исходить из определения силы тока как отношения количества заряда перенесённого через поперечное сечение проводника в единицу времени, то мы получим принципиально не измеряемую величину, а, именно, количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника. На основании этого определения не сможем ввести единицу измерения силы тока. Закон Ампера позволяет установить связь между величинами сил тока в проводниках и величинами, которые можно измерить опытным путём: механической силой и расстоянием. Таким образом, получена возможность ввести в рассмотрение единицу силы тока – 1 А (1 ампер).

Ток в один ампер – это такой ток, при котором два однородных параллельных проводника, расположенные в вакууме на расстоянии один метр друг от друга взаимодействуют с силой 2∙10-7 Ньютона.

Закон взаимодействия токов – два находящихся в вакууме параллельных проводника, диаметры которых много меньше расстояний между ними, взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению токов в этих проводниках и обратно пропорциональной расстоянию между ними.

Закон действия магнитного поля на проводник с током

Закон действия магнитного поля на проводник с током выражается, прежде всего, в действии магнитного поля на виток или рамку с током. Так, на виток с током в магнитном поле действует момент силы, которая стремится развернуть этот виток таким образом, чтобы его плоскость стала перпендикулярна линиям магнитного поля. Угол поворота витка прямопропорционален величине тока в витке. Если внешнее магнитное поле в витке постоянно, то значение модуля магнитной индукции также величина постоянная. Площадь витка при не очень больших токах также можно считать постоянной, следовательно, справедливо то, что сила тока равна произведению момента сил, разворачивающих виток с током на некоторую постоянную, при неизменных условиях, величину.

  (1.2.)

I – сила тока,

М – момент сил, разворачивающих виток с током.

Следовательно, появляется возможность измерять силу тока по величине угла поворота рамки, которая реализована в измерительном приборе – амперметре (рис.1).

Рис. 1. Амперметр

 Двигатель 

После открытия действия магнитного поля на проводник с током, Ампер понял, что это открытие можно использовать для того, чтобы заставить проводник двигаться в магнитном поле. Так магнетизм можно превратить в механическое движение – создать двигатель. Одним из первых, работающих на постоянном токе, был электродвигатель (рис. 2), созданный в 1834 г. русским электротехником Б. С. Якоби.

Рис. 2. Двигатель

Рассмотрим упрощённую модель двигателя, которая состоит из неподвижной части, с закреплёнными на ней магнитами – статор. Внутри статора может свободно вращаться рамка из проводящего материала, которая называется ротором. Для того чтобы по рамке мог протекать электрический ток, она соединена с клеммами при помощи скользящих контактов. Если подключить двигатель к источнику постоянного тока в цепь с вольтметром, то при замыкании цепи, рамка с током придёт во вращение.

Электромагниты

В 1269 г. французский естествоиспытатель Пьер Мари Кур написал труд под названием «Письмо о магните». Основной целью Пьера Мари Кура было создание вечного двигателя,  в котором он собирался использовать удивительные свойства магнитов. Насколько успешными были его попытки не известно, но достоверно то, что Якоби  использовал свой электродвигатель для того, чтобы привести в движение лодку, при этом ему удалось её разогнать до скорости 4,5 км/ч.

Необходимо упомянуть ещё об одном устройстве, работающем на основе законов Ампера. Ампер показал, что катушка с током ведёт себя подобно постоянному магниту, а это значит – можно сконструировать электромагнит – устройство, мощность которого можно регулировать.

Телеграф

Именно Амперу пришла идея о том, что комбинацией проводников и магнитных стрелок можно создать устройство, которое предаёт информацию на расстояние. Идея телеграфа возникла в первые же месяцы после открытия электромагнетизма. Однако широкое распространение электромагнитный телеграф приобрёл после того, как Самюэль Морзе создал более удобный аппарат и, главное, разработал двоичную азбуку, состоящую из точек и тире, которая так и называется «Азбука Морзе» (рис. 3).

Рис. 3. Азбука Морзе

Пушка Гаусса

Математик Гаусс, когда познакомился с исследованиями Ампера, предложил создать оригинальную пушку (рис. 4), работающую на принципе действия магнитного поля на железный шарик – снаряд.

Рис. 4. Пушка Гаусса

Необходимо обратить внимание на то, в какую историческую эпоху были сделаны эти открытия. В первой половине XIX века Европа семимильными шагами шла по пути промышленной революции – это благодатное время для научно-исследовательских открытий и быстрого внедрения их в практику. Ампер, несомненно, внёс весомый вклад в этот процесс, дав цивилизации электромагниты, электродвигатели и телеграф, которые до сих пор находят широкое применение.

Открытия Лоренца

Выделим основные открытия Лоренца.

Лоренц установил, что магнитное поле действует на движущуюся в нём частицу, заставляя её двигаться по дуге окружности:

   (1.3.)

Поскольку сила Лоренца – центростремительная сила, перпендикулярная направлению скорости. Прежде всего, открытый Лоренцем закон, позволяет определять такую важнейшую характеристику как отношение заряда к массе – удельный заряд.

  (1.4.)

Значение удельного заряда – величина уникальная для каждой заряженной частицы, что позволяет их идентифицировать, будь-то электрон, протон или любая другая частица. Таким образом, учёные получили мощный инструмент для исследования. Например, Резерфорд сумел провести анализ радиоактивного излучения и выявил его компоненты, среди которых присутствуют альфа-частицы – ядра атома гелия и бета-частицы – электроны. В ХХ веке появились ускорители, работа которых основана на том, что заряженные частицы ускоряются в магнитном поле. На этом принципе разработан Большой адронный коллайдер. Благодаря открытиям Лоренца наука получила принципиально новый инструмент для физических исследований, открывая дорогу в мир элементарных частиц.

Для того чтобы охарактеризовать влияние учёного на технический прогресс вспомним о том, что из выражения для силы Лоренца вытекает возможность рассчитать радиус кривизны траектории частицы, которая движется в постоянном магнитном поле. При неизменных внешних условиях этот радиус зависит от массы частицы, её скорости и заряда. Таким образом, получаем возможность классифицировать заряжённые частицы по этим параметрам и, следовательно, можем проводить анализ какой-либо смеси. Если смесь веществ в газообразном состоянии ионизировать, разогнать и направить в магнитное поле, то частицы начнут двигаться по дугам окружностей с различными радиусами – частицы будут покидать поле в разных точках и остаётся только зафиксировать эти точки вылета, что реализуется при помощи экрана, покрытого люминофором, который светится при попадании на него заряжённых частиц. Именно по такой схеме работает масс-анализатор. Масс-анализаторы широко применяют в физике и химии для анализа состава смесей.

Это ещё не все технические устройства, которые работают на основе разработок и открытий Ампера и Лоренца, ведь научное знание рано или поздно перестает быть исключительной собственностью учёных и становится достоянием цивилизации, при этом оно воплощается в различных технических устройствах, которые делают нашу жизнь более комфортной.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?
2. Какие магнитные явления вам известны?
3. В чём состоит опыт Эрстеда?
4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
5. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?
6. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
7. Что называют магнитной линией магнитного поля?
8. Для чего вводят понятие магнитной линии поля?
9. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока

Задание 2. Проведите опыт.

ОПЫТЫ

С ЖЕЛЕЗНЫМИ ОПИЛКАМИ

Возьмите магнит любой формы, накройте его куском тонкого картона,

посыпьте сверху железными опилками и разровняйте их.

Так интересно наблюдать магнитные поля!

Ведь каждая «опилочка», словно магнитная стрелка, располагается вдоль магнитных линий.

Таким образом становятся «видимыми» магнитные линии магнитного поля вашего магнита.

При передвижении картона над магнитом (или наоборот магнита под картоном)

опилки начинают шевелиться, меняя узоры магнитного поля.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

• https://www.kursoteka.ru/catalog/school/5
• http://www.umnik-umnica.com/ru/school/physics/11-klass/
• http://class-fizika.narod.ru
• http://www.youtube.com/watch?v=aGIWuE1iL28
• http://www.youtube.com/watch?v=Tt7hXaukl9U
  
   

Действие магнитного поля на ток. Правило левой руки.

Поместим между полюсами магнита проводник, по кото­рому протекает постоянный электрический ток. Мы тотчас же заметим, что проводник будет выталкиваться полем магнита из междуполюсного пространства.

Объяснить это можно следующим образом. Вокруг провод­ника с током (Рисунок 1.) образуется собственное магнитное поле, силовые линии которого по одну сторону проводника направ­лены так же, как и силовые линии магнита, а по другую сто­рону проводника — в противопо­ложную сторону. Вследствие это­го с одной стороны проводника (на рисунке 1 сверху) маг­нитное поле оказывается сгущен­ным, а с другой его стороны (на рисунке 1 снизу) — разрежен­ным. Поэтому проводник испыты­вает силу, давящую на него вниз. И если проводник не закреплен, то он будет перемещаться.

Рисунок 1. Действие магнитного поля на ток.

Правило левой руки

Для быстрого определения направления движения провод­ника с током в, магнитном поле существует так называемое правило левой руки (рисунок 2.).

Рисунок 2. Правило левой руки.

Правило левой руки состоит в следую­щем: если поместить левую руку между полюсами маг­нита так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца ру­ки совпадали с направлением тока в проводнике, то боль­шой палец покажет направ­ление движения проводника.

Итак, на проводник, по которому протекает электри­ческий ток, действует сила, стремящаяся перемещать его перпендикулярно магнитным силовым линиям. Опытным путем можно определить величину этой силы. Оказы­вается, что сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока в проводнике и длине той части проводника, которая нахо­дится в магнитном поле (рисунок 3 слева).

Это правило справедливо, если проводник расположен под прямым углом к магнитным силовым линиям.

Рисунок 3. Сила взаимодействия магнитного поля и тока.

Если же проводник расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, а, например, так, как изобра­жено на рисунке 3 справо, то сила, действующая на проводник, будет пропорциональна силе тока в проводнике и длине проекции части проводника, находящейся в магнитном поле, на плос­кость, перпендикулярную магнитным силовым ли­ниям. Отсюда следует, что если проводник паралле­лен магнитным силовым линиям, то сила, дейст­вующая на него, равна нулю. Если же проводник перпендикулярен направ­лению магнитных силовых линий, то сила, действую­щая на него, достигает наибольшей величины.

Сила, действующая на проводник с током, зави­сит еще и от магнитной индукции. Чем гуще рас­положены магнитные си­ловые линии, тем больше сила, действующая на проводник с током.

Подводя итог всему изложенному выше, мы можем действие магнитного поля на проводник с током выразить следующим правилом:

Сила, действующая на проводник с током, прямо пропорциональна магнитной индукции, силе тока в проводнике и длине проекции части проводника, находящейся в магнитном поле, на плоскость, перпендикулярную маг­нитному потоку.

Необходимо отметить, что действие магнитного поля на ток не зависит ни от вещества проводника, ни от его сечения. Дей­ствие магнитного поля на ток можно наблюдать даже при от­сутствии проводника, пропуская, например, между полюсами магнита поток быстро несущихся электронов.

Действие магнитного поля на ток широко используется в науке и технике. На использовании этого действия основано устройство электродвигателей, превращающих электрическую энергию в механическую, устройство магнитоэлектрических приборов для измерения напряжения и силы тока, электроди­намических громкоговорителей, превращающих электрические колебания в звук, специальных радиоламп — магнетронов, катодно-лучевых трубок и т. д. Действием магнитного поля на ток пользуются для измерения массы и заряда электрона и даже для изучения строения вещества.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Магнитное, химическое и тепловое действие электрического тока

Мы не обладаем возможностью увидеть электроны, бегущие по проводнику. Как же тогда можно обнаружить ток в проводнике? Наличие электрического тока можно обнаружить по косвенным признакам. Так как, ток, протекая по проводнику, оказывает воздействие на него.

Вот некоторые из признаков:

1. тепловой;
2. химический;
3. магнитный.

Тепловое действие тока

Благодаря такому действию тока мы можем освещать помещения с помощью ламп накаливания. А, так же, используем различные нагревательные электроприборы – конвекторы, электроплиты, утюги (рис. 1).

Рис. 1. Эти электроприборы преобразуют электрическую энергию в тепловую

Используя метровый кусок никелиновой проволоки (рис. 2), можно продемонстрировать нагревание проводника при протекании по нему электрического тока. Для заметного провисания нагретой проволоки из-за теплового увеличения длины и наблюдения красноватого ее свечения будет достаточно тока в 2 — 3 Ампера.

Рис. 2. Проводник нагревается под действием тока

Кусок провода нагревается, когда по нему протекает электрический ток. Чем больше ток в проводнике, тем больше он нагреется.  Длина нагретого проводника увеличивается.

Подробнее о выделившемся количестве теплоты можно прочитать в статье о законе Джоуля-Ленца (ссылка).

Примечание: Нихром, никелин, константан – сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением (ссылка). Проволоки, изготовленные из таких сплавов, используются в различных нагревательных электроприборах.

Химическое действие тока

Электрический ток, проходя через растворы некоторых кислот, щелочей или солей, вызывает выделение из них вещества. Это вещество осаждается на электродах – пластинках, опущенных в раствор и подключенных к источнику тока.

Такое действие тока используют в гальванопластике – покрытии металлом некоторых поверхностей. Применяют никелирование, омеднение, хромирование, а, так же, серебрение и золочение поверхностей.

С помощью раствора медного купороса можно продемонстрировать выделение вещества под действием тока. Водный раствор этой соли имеет голубоватый оттенок. Пропуская электрический ток (ссылка) через раствор, можно обнаружить выделение меди на одном из электродов (рис. 3).

Рис. 3. Из раствора медного купороса при протекании тока выделяется медь, осаждаясь на одном из электродов

На каком электроде будет выделяться медь

Медь в растворе купороса присутствует в виде положительных ионов. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому, ионы меди будут притягиваться к пластинке, имеющей заряд со знаком «минус». То есть, пластинке, подключенной к отрицательному выводу источника тока. Такую пластинку называют отрицательным электродом, или катодом.

Вторую пластинку, подключенную к положительному выводу батареи, называют анодом.

Примечание: Медный купорос можно найти в хозяйственном магазине. Его химическая формула \(\large CuSO_{4}\). Он используется в сельском хозяйстве для опрыскивания листвы плодовых деревьев, кустарников и овощных культур – к примеру, томатов, картофеля. Входит в составы различных растворов, применяемых в борьбе с болезнями растений и насекомыми-вредителями.

Применение химического действия тока в медицине

Химическое действие тока применяют не только в гальванопластике.

Пропускание электрического тока через растворы вызывает в них движение заряженных частиц вещества – положительных и отрицательных ионов. Человеческое тело содержит жидкости, в которых растворены некоторые вещества. А значит, в таких жидкостях присутствуют ионы.

Прикладывая специальные электроды, смоченные растворами лекарств на отдельные участки тела, и пропуская через них маленькие токи, можно вводить в организм некоторые лекарственные препараты (рис. 4).

Рис. 4. На химическом действии тока основан электрофорез

Такое введение лекарств называют электрофорезом и используется в физиопроцедурных кабинетах поликлиник и санаториев.

Магнитное действие тока

Медь сама по себе не притягивается к магниту. В этом можно убедиться с помощью небольшого магнита и кусочка медного провода (рис. 5а).

На рисунке 5 кусок медного провода подвешен к двум штативам с помощью тонких нитей, не проводящих электрический ток.

Однако, во время протекания электрического тока, медный проводник начинает взаимодействовать с магнитом — притягиваться, или отталкиваться от него (рис. 5б).

Рис. 5. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле, благодаря этому проводник взаимодействует с магнитом

С магнитом взаимодействует не сам медный проводник, а ток, протекающий по этому проводнику.

Почему проводок с током взаимодействует с магнитом

Электрический ток — это большое количество электронов, бегущих по проводку от одного его края к другому краю. Электроны обладают зарядом.

Вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Благодаря этому проводок с током превращается в маленький магнитик. И начинает взаимодействовать с магнитом, притягиваясь к нему, или отталкиваясь от него.

При этом, проводок, как более легкий предмет, будет двигаться. А магнит продолжит оставаться на месте. Из-за того, что его масса значительно больше массы кусочка провода.

Направление движения проводка зависит от полярности его подключения к батарейке и, от того, как располагаются полюса магнита.

На магнитном действии тока основано действие электромагнита.

Самодельный электромагнит

Его легко изготовить из куска гибкой изолированной медной проволоки и железного гвоздя.

Гвоздь нужно обернуть кусочком бумаги – гильзой (рис. 6). Затем на гильзу нужно намотать 200 – 300 витков тонкого медного провода в изоляции. К выводам полученной катушки нужно подключить батарейку от карманного электрического фонаря.

Рис. 6. Из подручных материалов можно изготовить самодельный электромагнит

Во время протекания тока, к гвоздю притягиваются различные мелкие железные предметы – скрепки, кнопки, гвоздики, железные стружки, опилки и т. п.

Отсоединив батарейку, увидим, что как только ток прекращается, гвоздь перестает притягивать к себе железные предметы.

Рамка с током и подковообразный магнит

Провод, обладающий достаточной жесткостью, можно изогнуть в виде плоской фигуры – прямоугольника, квадрата, окружности. Эластичные же провода навивают на жесткий каркас, изготовленный из подходящего материала – фанеры, картона, пластмассы и т. д. Такой изогнутый провод образует рамку. Проволочную рамку часто называют контуром.

Проволочная рамка, по которой течет электрический ток, может ориентироваться в магнитном поле.

Чтобы убедиться в этом, проведем такой эксперимент. Используем для него подковообразный магнит и проводник, изогнутый в виде прямоугольной рамки. Подвесим рамку к лапке штатива с помощью нити. Размеры рамки нужно выбрать так, чтобы она поместилась между полюсами магнита.

Сначала используем только подвешенную рамку (рис. 7а), без магнита. Подключим к рамке источник тока. Можно убедиться, что после подключения тока рамка продолжает висеть неподвижно. Отключим источник тока.

Рис. 7. Проволочная рамка с током, помещенная в магнитное поле, поворачивается

Теперь поместим магнит так, чтобы рамка находилась между его полюсами (рис. 7б) и, пропустим по цепи электрический ток. Легко заметить, что во время протекания тока рамка поворачивается и ориентируется по магнитному полю. А когда цепь размыкается, рамка возвращается в первоначальное положение.

Примечание: Если изменить полярность подключения источника к рамке, то она будет поворачиваться в противоположную сторону.

Замечательное свойство рамки с током поворачиваться в магнитном поле, используют в различных измерительных приборах. Один из таких приборов – гальванометр.

Устройство гальванометра

Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).

На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.

Гальванометр содержит:

• подковообразный магнит и
• находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).

Рис. 8. Как утроен гальванометр

Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.

К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.

Угол поворота отмечают по делениям шкалы.

Рис. 9. Как выглядит прибор для измерения малых токов

Кто такой Луиджи Гальвани

Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.

Обнаружил, что в местах контакта различных видов металлов возникает электрическое напряжение.

Проводил опыты с использованием железного ключа и серебряной монеты.

Изучал сокращения мышц под воздействием электричества и пришел к выводу, что мышцы управляются электрическими импульсами, поступающими по нервным волокнам из мозга.

В итальянском городе Болонья неподалеку от здания Болонского университета находится памятник Гальвани. Он находится на площади Piazza Luigi Galvani, носящей имя ученого.

В его честь, так же, назвали один из кратеров на обратной стороне Луны.

А Болонский лицей назван именем Гальвани еще с 1860-го года.

О приборах магнитоэлектрической системы

Такие приборы, содержащие проводящую рамку и небольшой магнит, называют приборами магнитоэлектрической системы. Они получили широкое распространение из-за своего сравнительно простого устройства.

Шкалы приборов можно градуировать в различных единицах измерения, в зависимости от измеряемых физических величин. На основе таких приборов изготавливают вольтметры, амперметры, омметры и т. п.

Выводы

1. Наличие электрического тока в проводнике можно обнаружить по косвенным признакам: тепловому, химическому, магнитному.
2. Тепловое и химическое действия тока будут проявляться не всегда.
3. Магнитное действие электрического тока можно наблюдать каждый раз и в любых проводниках – жидких, газообразных, или твердых. То есть, независимо от их агрегатных состояний (ссылка).

И силён электрический ток – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

• Участник: Анохина Анастасия Владимировна
• Руководитель: Валуйская Ольга Александровна

    Тема: «Электрический ток»

Моя работа названа словами Александра Блока: «И силен электрический ток!» В этих словах очень точно отражено значение электрического тока и многогранность этого явления: наблюдение в природе, применение в технике и быту.

Среднестатистическая семья в быту применяет приборов около 23-30 электроприборов, это практически говорит о незаменимости этого явления.

Это с одной стороны, с другой стороны это явление очень опасно, и при эксплуатации электрических приборов необходимо выполнять правила безопасности.

Что же такое электричество?

Эрнест Резерфорд называл Николу Тесла «вдохновенным пророком электричества».

Площади и улицы Нью-Йорка освещались лампами конструкции Теслы. На предприятиях работали его электромоторы, выпрямители, генераторы, трансформаторы…

«Что же такое электричество? Я по-прежнему задаю себе этот же вопрос, но не в состоянии ответить на него…»

Никола Тесла

Сейчас принято считать, что электрический ток это сонаправленное движение заряженных частиц.

Для образования постоянного электрического тока необходимы два условия: наличие свободных зарядов и действие постоянного электрического поля.

Электрическое поле способно совершать работу по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую.

Рис.1. Направление тока

В металлах электрический ток образован свободными электронами, но за направление тока принято считать направление движения положительных зарядов.

Перейдем к экспериментальной части работы.

Опыт 1: «Образование электрического тока».

Цель: определить наличие электрического тока

Оборудование: 2 электрометра, металлический стержень – проводник, стеклянная палочка, тетрадный лист.

Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/cUX06tlg3Jfzqw

Рис. 2

Рис. 3

Методика проведения эксперимента

1. Наэлектризуем стеклянную палочку при трении о бумагу. Палочка получает положительный заряд, бумага отрицательный по закону сохранения электрического заряда.
2. От стеклянной наэлектризованной палочки передадим положительный заряд одному из электрометров. По углу отклонения стрелки электрометра оценим величину переданного заряда. Принцип действия прибора основан на явлении отталкивания одноименных зарядов.
3. Соединим заряженный и незаряженный электрометры металлическим стержнем.
4. Заряды на двух электрометрах станут равными.

Вывод: проводник попадает под действие электрического поля заряженного электрометра, внутри металлического стержня образуется электрический ток.

Электрический ток вызывает различные явления. Эти явления называют действиями тока. Различают действия: магнитное, тепловое, химическое и физиологическое.

Универсальным является действие магнитное.

Опыт №2: «Действие магнитного поля на проводник с током»

Цель: наблюдать действие постоянного магнита на проводник с током.

Оборудование: штатив, источник тока, реостат, катушка-моток, соединительные провода, ключ.

Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/n3-IkEhY3JfxGK

Рис. 4

Рис. 5

Методика проведения эксперимента

1. Соберем электрическую цепь так, чтобы все приборы были соединены последовательно.
2. Поместим проводник в магнитное поле постоянного дугообразного магнита.
3. Замкнем электрическую цепь.
4. Проводник с током выталкивается (притягивается) магнитным полем магнита.

Проводник выталкивается или притягивается под действием силы Ампера.

Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле.

Сила Ампера тем больше, чем больше величина магнитного поля, сила тока в проводнике и его длина. Силу тока можно изменить при помощи реостата, а величину магнитного поля, используя разные магниты.

Механизм взаимодействия: магнит образует вокруг себя магнитное поле, которое действует на проводник с током, а проводник с током образует свое магнитное поле, действующее на магнит.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: четыре пальца по току, магнитные линии в ладонь, тогда большой отогнутый палец по направлению силы Ампера.

Вывод: магнитное поле постоянного магнита действует на проводник с током, находящийся в этом поле. Это действие называется силой Ампера.

Электрический ток позволяет наблюдать не только различные физические явления, но явления из других научных областей, например, из химии.

Опыт №3: «Химическое действие тока»

Цель: обнаружить на опыте химическое действие тока.

Оборудование: колба с раствором медного купороса, стакан, источник тока, ключ, низковольтная лампочка, электроды, соединительные провода.

Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/yTuwlLPl3JfxZd

Рис. 6

Рис. 7

Методика проведения эксперимента

1. Соберем электрическую цепь, соединяя два электрода, низковольтную лампочку, ключ и источник постоянного тока. Используем две батарейки, соединенные последовательно, для увеличения силы тока, т.к. потребители (лампа и раствор медного купороса обладают электрическим сопротивлением).
2. Электроды поместим в пустой стакан, замкнем ключ. Лампочка не загорелась, значит, тока в цепи нет.
3. Аккуратно нальем в стакан водный раствор медного купороса. Лампочка загорелась, это означает, что в цепи протекает ток.

Водный раствор медного купороса является примером проводника электрического тока. Свойство электролитов проводить электрический ток объясняется тем, что растворы электролитов диссоциируют на ионы, т. е. в растворе появляются свободные заряды, способные проводить электрический ток. Характер проводимости – ионный.

Вывод: водный раствор медного купороса проводит электрический ток. Через некоторое время на одном из электродов образуется в чистом виде медь, что также имеет большое практическое значение.

Заключение

Значение электричества в нашей жизни

Электрический ток применяется во всех областях нашей жизни. Как говорилось выше, ежедневно мы пользуемся многими приборами, потребляющих электричество.

На тепловом действии тока основана работа таких приборов как: обогреватели, утюги, чайники, паяльники, микроволновые печи.

Магнитное действие тока применяется в геологической разведке, в работе электромагнитов, двигателях постоянного тока и электроизмерительных приборах.

Для получения чистых металлов, в гальванопластике и гальваностегии используют химическое действие тока.

В биологии и медицине осуществляют 3D – моделирование нервных путей, соединяющих различные области мозга, назначают физиотерапевтические процедуры при лечении различных заболеваний.

 – Условное обозначение гиперссылок в презентации.

Магнитное поле. — Физика — 8 класс

Просмотр содержимого документа

«Магнитное поле.»

Магнитное поле тока

Физика 8 класс

План урока:

• 1) Магнитное поле
• 2) Магнитное поле тока
• 3) Задания для закрепления материала

Магнитное поле

• Одним из свойств электрического тока является магнитное поле, оно возникает при протекании тока по проводнику.

ПРИМЕР:

• При прохождении тока по двум параллельно расположенным проводникам между проводниками возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Действие этих сил может привести к деформации проводников (см. рисунок).

Для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку.

Обрати внимание!

• У магнитной стрелки есть два полюса — северный (обозначается буквой N , окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой S , окрашен в красный цвет).

• Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью .

Магнитную стрелку ставят на острие, чтобы она могла свободно поворачиваться.

• Рассмотрим опыт, который показывает взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед.

Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси.

При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Опыт Эрстеда подтверждает существование вокруг проводника с электрическим током магнитного поля, которое и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Обрати внимание!

• Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

• Опыт Эрстеда устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. О существовании такой связи догадывались ещё первые исследователи, которых поражала аналогия электрических и магнитных явлений, например, притягивание и отталкивание: в электричестве — разноимённых и одноимённых зарядов, а в магнетизме — разноимённых и одноимённых полюсов.

• Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле. Вокруг движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток можно рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».

Магнитное поля прямого тока

• Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.

• В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

• Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

• С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

Обрати внимание!

• Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля (рис. 1).

• Если прямой проводник пропустить сквозь лист картона, на который насыпан тонкий слой железных опилок, включить ток и опилки слегка встряхнуть, то под действием магнитного поля тока железные опилки расположатся вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям (рис. 2).

• На рисунке показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком. Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока (рис. 3, а).
• При изменении направления тока в проводнике на противоположное (к нам), что условно обозначено кружком с точкой, все магнитные стрелки поворачиваются на

Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

• Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки:
• если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током (рис. 4), то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.

• ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Определи, какой из примеров иллюстрирует магнитное действие электрического тока. Выбери правильный ответ из предложенных:

• притягивание волос к свитеру во время его снятия
• притягивание воды в океане к Луне во время прилива
• взаимодействие двух магнитных стрелок
• действие проводника с током на магнитную стрелку

Для прямого проводника с током, изображённого на рисунке, определи направление линий магнитного поля в точках А и В.

Из предложенных ответов выбери правильный:

в обеих точках вниз

в обеих точках вверх

в точке A— вниз, в точке B магнитного поля нет

в точке A— вверх, в точке B магнитного поля нет

Вокруг прямого проводника с током существует магнитное поле, магнитные линии которого направлены так, как показано стрелками на рисунке. Определи направление тока в проводнике.

Из предложенных ответов выбери правильный.

Направление тока в проводнике определить невозможно.

Ток в проводнике направлен к нам.

Тока в проводнике нет.

Ток в проводнике направлен от нас.

• После того как была собрана электрическая цепь согласно схеме, изображённой на рисунке, в точку A поместили магнитную стрелку и замкнули ключ. Определи, какое положение займёт стрелка.
• Обрати внимание, что точка A находится над соответствующим элементом цепи.

В ответе укажи один из вариантов (только цифру расположения магнитной стрелки.

1)

2)

3)

4)

Спасибо за урок!

6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция — Энергетика: история, настоящее и будущее

6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция

Как правило, начиная со времен Гильберта ученые стали выводить законы природы из своих экспериментов. Так как никакой связи между магнитом и заряженным проводником не замечалось, то долгое время считалось, что никакой связи между электрическими и магнитными явлениями не существует. Поэтому, когда в 1802 году итальянский физик Джованни Романьози (1761–1835) заметил, что находящаяся вблизи проводника, по которому течет ток, магнитная стрелка изменяет свое направление, то он совершенно не оценил значения своего наблюдения.

В 1883 году в Вене проводилась электрическая выставка. На ней датчане выставили маленький компас. Незаметная вещь лежала в стороне от основного потока посетителей. А по справедливости следовало бы этот компас поместить в центр выставки, так как от него берет свое начало вся электротехника.

Вторично в начале 1820 года первооткрыватель электромагнетизма датский физик Ганс Христиан Эрстед сделал открытие совершенно нового электрического явления, заключавшегося в том, что при прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле.

На одной из своих лекций по физике он решил продемонстрировать студентам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из слушателей, Эрстед был совершенно ошарашен, увидев, как магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Эрстед сумел отказаться от своих прежних воззрений (и это является его большой заслугой) и случайное наблюдение принять за экспериментально установленный факт.

Соединив длинным проводом полюсы гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно подвешенной свободно магнитной стрелке. Как только включали ток, стрелка немедленно отклонялась, стремясь стать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонялась в другую сторону (рис. 6.5, 6.6). Своими опытами Эрстед доказал, что ток производит в окружающем его пространстве маг- нитное действие. Результаты исследования Эрстед изложил в своем знаменитом мемуаре «О воздействии электрического конфликта на магнитную стрелку». В этой работе «электрическим конфликтом» был назван электрический ток.

Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) известен своими трудами по электричеству, акустике, молекулярной физике. Поступив в Копенгагенский университет, он изучает медицину, физику, астрономию, философию, поэзию. В 1806 году становится профессором Копенгагенского университета. 

Эта небольшая, всего в пять страниц, работа Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках. Сами опыты его были повторены осенью 1820 года швейцарским естествоиспытателем де ля Ривом на съезде естествоиспытателей в Женеве. На этом съезде присутствовал член Парижской академии наук Араго, который по возвращении на заседании академии показал опыт Эрстеда, где его впервые увидел Андре Ампер. До конца 1820 года Араго провел ряд исследований, из которых наиболее важным было открытие в 1824 году явления увлечения медного диска вращающимся вблизи него магнитом. Это явление, названное «магнетизмом вращения», долгое время оставалось лишь эффектным физическим опытом. Позднее оно послужило основой многих практических изобретений и, в частности, электродвигателя переменного тока.

Открытие взаимодействия между током и магнитом было важным шагом на пути утверждения идеи единства сил природы и стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента. Ведь по отклонению магнитной стрелки можно было судить о силе проходящего вблизи нее электрического тока.

Сообщение Эрстеда поразило его современников. Каждый, кто имел в своем распоряжении компас и простейший источник тока, стремился собственными глазами увидеть загадочное отклонение магнитной стрелки. В августе 1820 года еще относительно молодой и не вполне опытный, но ставший впоследствии великим, английский физик Майкл Фарадей повторил эти опыты, убедившись, что Эрстед прав: протекание тока в проводе неизбежно вызывало отклонение размещенной поблизости магнитной стрелки. Но правильно истолковать результаты опытов Эрстеда было суждено не Фарадею, а французскому физику Андре Амперу, узнавшему об опытах Эрстеда на месяц позже Фарадея. Этот «докучливый умник Ампер» опередил всех, создав всего за две недели свою стройную теорию образования магнетизма за счет электричества.

Рис. 6.5. Эрстед демонстрирует отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока (по рисунку Р.Шторха)

Рис. 6.6. Отклонение магнитной стрелки под действием тока

В том же 1820 году Ампер выступает с сообщением о новом явлении – взаимодействии двух проводников, по которым течет ток, и устанавливает закон этого взаимодействия (позднее названный законом Ампера). В этом сообщении ученый делает вывод, что «все магнитные явления сводятся к чисто электрическим эффектам». Согласно гипотезе Ампера, любой магнит содержит внутри себя множество круговых электрических токов, действием которых и объясняются магнитные силы.

В течение очень короткого времени он выполнил ряд важных исследований, блестяще подтверждавших его мысли. Позднее все полученные результаты были систематизированы Ампером в его книге «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта», опубликованной в 1826 году.

Андре Мари Ампер (1775–1836) Проводя детство и отрочество в поместье своего отца, Ампер основательно изучил все 20 томов энциклопедического словаря, издававшегося Д’Аламбером и Дидро. К 12 годам Ампер самостоятельно разобрался в основах высшей математики – дифференциальном исчислении, научился интегрировать, а в возрасте 13 лет уже представил свои первые работы по математике в Лионскую академию! Именно Амперу принадлежит заслуга введения в науку терминов «электростатика», «электродинамика», «электродвижущая сила», «напряжение», «гальванометр», «электрический ток» и даже… «кибернетика».

Ампер не только догадался, что при изучении магнитного взаимодействия нужно прежде всего исследовать взаимодействие электрических токов, но сам тут же занялся экспериментальными исследованиями этого взаимодействия. В частности, Ампер экспериментально установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкиваются, если токи имеют противоположные направления. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током (сила Ампера), пропорциональна длине проводника, величине тока, проходящего по нему, и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.

Направление вектора силы Ампера определяется правилом левой руки, в соответствии с которым необходимо расположить левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входил бы в ладонь перпендикулярно. Тогда большой палец, отогнутый под прямым углом в плоскости ладони, будет указывать направление вектора силы Ампера.

Прошло еще два года, и Ампер открыл магнитный эффект катушки с током. «Всякий проводник с током, – писал Ампер, – создает вокруг себя магнитное поле, силовые линии которого образуют круги, концентричные относительно средней линии проводника и лежащие в плоскостях, нормальных к элементам проводника». Магнитное действие электрического тока еще более усиливается, когда проводящая проволока скручена в несколько параллельных колец, изолированных друг от друга. Такую форму проводника Ампер предложил назвать соленоидом.

Соленоид Ампера (рис. 6.7) представляет собой полное подобие магнита. Поместив его концы S 1 и S 2 в сосуды с ртутью таким образом, чтобы весь соленоид мог свободно вращаться вокруг вертикальной

оси, проходящей через S 1 и S 2, и, пропустив через него ток, Ампер установил, что он, как обыкновенный магнит, установится по осевому направлению в плоскости магнитного меридиана. Если приблизить к соленоиду магнит, то одним концом соленоид будет к нему притягиваться, а от другого отталкиваться, причем направление притягивания и отталкивания зависит от направления тока в соленоиде.

 

Рис. 6.9. Электромагнит

Рис. 6.7. Соленоид Ампера

Рис. 6.8. Соленоид с железнім сердечником

Установленное Ампером соотношение между током и магнитом навело его на мысль искать причину магнетизма в возникновении молекулярных гальванических токов, обтекающих каждую частицу магнитного тела. Металлический стержень, будучи помещен внутрь спирально скрученной изолированной проволоки (рис. 6.8), значительно увеличивает действие последней на магнит или на другой проводник с током. Сам стержень при этом также намагничивается, образуя южный и северный полюсы. По правилу, установленному Ампером, северный полюс образуется на том конце стержня, который будет слева у наблюдателя, перемещающегося по направлению тока и обращенного лицом к магнитному стержню. Следуя этому правилу, можно определить, что у стержня на рис. 6.8 южный полюс будет находится слева, а северный – справа.

Экспериментируя с различными материалами, Ампер установил, что мягкое железо теряет весь магнетизм сразу после прекращения тока, а сталь, наоборот, сохраняет магнитные свойства долгое время после прекращения тока. Еще лучший

эффект достигается с использованием электромагнитов – железных стержней, окруженных проволочной спиральной обмоткой, по которой пропускается электрический ток (рис. 6.9).

Пока продолжается циркуляция тока, им можно пользоваться как обыкновенным магнитом. При этом ток должен быть пропущен в направлении, указанном стрелками. Сила магнита возрастает с увеличением числа витков обмотки и величины протекающего по ней тока. На рис. 6.10 представлен один из образцов промышленных электромагнитов, представляющих собой два вертикальных железных цилиндрических сердечника, укрепленных на горизонтальном железном основании. Каждый из сердечников окружен тремя обмотками с отдельными выводами, благодаря которым можно применять последовательное, параллельное или смешанное соединение обмоток.

Рис. 6.10. Промышленный электромагнит

Явление электромагнетизма было совершенно новой областью, которой начали заниматься физики-исследователи. Наиболее выдающиеся открытия в этой области выпали на долю знаменитого английского физика Майкла Фарадея.

Майкл Фарадей (1791–1867) «Сын кузнеца, подмастерье переплетчика в своей ранней юности, – писал о Фарадее известный русский физик А.Г. Столетов, – Фарадей кончил жизнь членом всех ученых обществ, бесспорно признанным главой физиков своего времени. Никогда со времен Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидит другого Фарадея».

В 1831 году на лекции в Королевском институте английский физик Майкл Фарадей объясняет открытое им явление электромагнитной индукции. Ученый ясно представляет практическую значимость своего открытия. На вопрос будущего премьер-министра Гладстона, присутствовавшего при объяснении, «Какая же в конце концов от всего этого польза?» Фарадей с достоинством ответил: «Сэр, не лишено возможности, что ещё при моей жизни из всего этого вы будете извлекать налоги». Через несколько дней после открытия электромагнитной индукции Фарадей набрасывает пером на бумаге и строит первый в мире электрогенератор. Очень интересно, что Фарадей изобрел униполярный генератор, то есть наиболее сложный по принципу действия из всех генераторов, известных сегодня. Еще интереснее, что точно такой же по принципу действия генератор Фарадей мог получить еще на 9 лет раньше. Стоило ему самому начать крутить вокруг магнита проволочку своего первого двигателя, а не ждать, пока она закрутится при пропускании тока, и он имел бы электрогенератор! Ведь сейчас каждому школьнику известно, что электродвигатель и электрогенератор обратимы! Но Фарадей не догадался покрутить проволочку вокруг магнитика…

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы, Фарадей безуспешно пытался каким-то образом показать, что раз уж с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, точно так же с помощью магнитов можно создавать электричество. Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло и, наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровозе). Если с помощью электричества получают магнетизм, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставил перед собой и Ампер в Париже, но он вскоре решил, что задача безнадежна.

Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора и его одержимость дали результат – через 11 лет после опытов Эрстеда. 17 октября 1831 года он, быстро вдвигая железный сердечник в катушку, убедился в том, что в какой-то момент в цепи катушки возникает ток. Будь прибор Фарадея не на виду у него или у его ассистента в тот самый момент, когда он вставлял сердечник, неизвестно, сколько времени ему пришлось бы биться над своей задачей.

Интересно, что до Фарадея абсолютно такие же опыты проводил Ампер. Чтобы избежать ошибок, связанных с сотрясением приборов, и Фарадей, и Ампер поместили измерительный прибор в отдельную комнату. Разница, казалось бы, была очень небольшой: Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток. Пока Ампер шел из комнаты в комнату, ток, который возникает лишь во время вдвигания железного сердечника в катушку, то есть во время изменения магнитного поля во времени, уже успокаивался, и Ампер, перейдя в соседнюю комнату, убеждался в том, что «никакого эффекта нет». Фарадей же работал с ассистентом. Можно снова и снова повторять: «И от этих случайных обстоятельств зависело великое открытие!».

Исследования Ампера доказали, что катушка, по которой шел ток от гальванической батареи, обладает свойствами магнита. И Фарадей понял, что задача «превратить в электричество магнетизм» уже решена. Он взял железное кольцо, обмотал его в двух местах медной проволокой, изолированной от кольца, одну обмотку включил в цепь с гальваническим источником, а другую соединил с гальванометром. В момент, когда он пускал ток по одной обмотке, магнитная стрелка гальванометра внезапно отклонялась. Значит, в соединенной с ним обмотке проходил в этот момент ток. Фарадею удалось даже впервые получить искру индукционного тока, сблизив концы проволоки разомкнутой обмотки.

В результате опытов Фарадей обнаружил, что когда движущийся проводник пересекает силовые линии магнитного поля, в проводнике под действием электромагнитной индукции наводится электродвижущая сила (э. д.с.), вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник. Он первым ввел представление о магнитных силовых линиях, совокупность которых составляет магнитное поле как физическую реальность. Наведенная э.д.с. меняется прямо пропорционально скорости движения, числу проводников, а также напряжённости магнитного поля. Иначе говоря, наведенная э.д.с. прямо пропорциональна скорости движения проводника и количеству силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени. Таким образом, опыты Фарадея показали, что электромагнитная индукция возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, так и в проводнике, который перемещается в постоянном магнитном поле. Им было доказано, что наведение тока имеет место только при движении проводника поперек магнитных силовых линий. Отсюда вытекала возможность генерирования электрического тока при перемещении замкнутого проводника в поле магнита.

Правильно поняв открытое им явление, Фарадей поставил другой решающий опыт. Он поместил между полюсами сильного магнита медный диск, который можно было вращать от руки. При вращении диска в нем возникал электрический ток, шедший от центра к периферии. С помощью металлических проводников, скользящих по диску в центре и на окружности, ток отводился во внешнюю цепь. Так Фарадей осуществил «превращение магнетизма в электричество».

Дальнейшие исследования электромагнитной индукции привели к установлению закона о направлении индуктированного тока. Этот закон был сформулирован в 1832 г. русским академиком Э.Х. Ленцем. Он давал возможность предсказывать направление наведенного тока и, кроме того, позволил Ленцу установить важный для электротехники принцип – обратимость генераторного и двигательного режимов электрической машины.

Исследования М. Фарадея и работы Э. Ленца, сформулировавшего закон, по которому можно было определить направление электрического тока, возникающего в результате электромагнитной индукции, дали возможность создать первые электромагнитные генераторы и электродвигатели.

Перемещая вручную одиночный проводник или проволочную катушку в магнитном поле, больших токов получить нельзя. Более эффективным способом является намотка провода на большую катушку или изготовление катушки в виде барабана. Катушку затем насаживают на вал, располагаемый между полюсами магнита и вращаемый силой воды или пара. Так, в сущности, и устроен современный генератор электрического тока, который относится к механическим источникам электрического тока и активно используется человечеством в настоящее время.

Генераторы электрического тока на заводе, расположенном в маленьком городе Йолотан, в современном Туркменестане на реке Мургаб. На турбинах видны метки, указывающие на то, что они были произведены в Венгрии (из наследия Сергея Михайловича Прокудина-Горского, ок.1907–1915. Цифровое цветное изображение. Отдел эстампов и фотографий, библиотека Конгресса США).

Сверхчувствительное устройство для обнаружения магнитных полей — ScienceDaily

Группа физиков Университета Брауна разработала новый тип компактного сверхчувствительного магнитометра. По словам исследователей, новое устройство может быть полезно в различных приложениях, связанных со слабыми магнитными полями.

«Почти все вокруг нас генерирует магнитное поле — от наших электронных устройств до наших бьющихся сердец — и мы можем использовать эти поля для получения информации обо всех этих системах», — сказал Ган Сяо, председатель факультета физики Брауна и старший Автор статьи с описанием нового устройства.«Мы обнаружили класс сверхчувствительных датчиков, которые при этом небольшие, недорогие в производстве и не потребляют много энергии. Мы думаем, что у этих новых датчиков может быть много потенциальных применений».

Новое устройство подробно описано в статье, опубликованной в Applied Physics Letters . Ведущими авторами исследования были аспирант Браун Иоу Чжан и доктор наук Кан Ван.

Традиционный способ измерения магнитных полей — это так называемый эффект Холла.Когда проводящий материал, по которому проходит ток, входит в контакт с магнитным полем, электроны в этом токе отклоняются в направлении, перпендикулярном их потоку. Это создает небольшое перпендикулярное напряжение, которое может использоваться датчиками Холла для обнаружения магнитных полей.

В новом устройстве используется двоюродный брат эффекта Холла, известного как аномальный эффект Холла (AHE), который возникает в ферромагнитных материалах. В то время как эффект Холла возникает из-за заряда электронов, АЭХ возникает из-за спина электрона, крошечного магнитного момента каждого электрона.Эффект заставляет электроны с разными спинами рассеиваться в разных направлениях, что приводит к небольшому, но обнаруживаемому напряжению.

В новом приборе используется ультратонкая ферромагнитная пленка из атомов кобальта, железа и бора. Спины электронов предпочитают быть выровненными в плоскости пленки, это свойство называется плоской анизотропией. После обработки пленки в высокотемпературной печи и в сильном магнитном поле спины электронов имеют тенденцию быть ориентированными перпендикулярно пленке с так называемой перпендикулярной анизотропией. Когда эти две анизотропии имеют равную силу, спины электронов могут легко переориентировать себя, если материал входит в контакт с внешним магнитным полем. Эту переориентацию электронных спинов можно обнаружить по напряжению АЭХ.

Не требуется сильное магнитное поле, чтобы перевернуть спины в пленке, что делает устройство довольно чувствительным. На самом деле, по словам исследователей, он в 20 раз более чувствителен, чем традиционные датчики на эффекте Холла.

Ключом к тому, чтобы устройство работало, является толщина пленки кобальт-железо-бор.Слишком толстая пленка требует более сильных магнитных полей для переориентации электронных спинов, что снижает чувствительность. Если пленка слишком тонкая, электронные спины могут переориентироваться сами по себе, что приведет к отказу датчика. Исследователи обнаружили, что оптимальное значение для толщины составляет 0,9 нанометра, то есть примерно четыре или пять атомов.

Исследователи считают, что это устройство может найти широкое применение. Одним из примеров, который может быть полезным для врачей, является магнитный иммуноанализ, метод, использующий магнетизм для поиска патогенов в образцах жидкости.

«Поскольку устройство очень маленькое, мы можем разместить тысячи или даже миллионы датчиков на одном чипе», — сказал Чжан. «Этот чип может тестировать множество разных вещей одновременно на одном образце. Это сделало бы тестирование проще и дешевле».

Другое приложение может быть частью текущего проекта в лаборатории Сяо, поддерживаемого Национальным научным фондом. Сяо и его коллеги разрабатывают магнитную камеру, которая может делать изображения магнитных полей, создаваемых квантовыми материалами, в высоком разрешении.Такой подробный магнитный профиль поможет исследователям лучше понять свойства этих материалов.

«Как и в обычной камере, мы хотим, чтобы в нашей магнитной камере было как можно больше пикселей», — сказал Сяо. «Каждый магнитный пиксель в нашей камере представляет собой отдельный магнитный датчик. Датчики должны быть небольшими и не должны потреблять слишком много энергии, поэтому этот новый датчик может быть полезен в нашей камере».

Исследование было поддержано Национальным научным фондом (OMA-1936221).

История Источник:

Материалы предоставлены Brown University . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Обнаружение магнитного поля Роном Куртусом

SfC Home> Физика> Магнетизм>

Рона Куртуса (от 20 марта 2020 г.)

Любой источник магнетизма, такой как магнит или электромагнит, окружен магнитным полем .Это поле может быть обнаружено различными устройствами, которые также могут предоставить информацию о направлении поля и даже его напряженности.

Простой компас может обнаруживать магнитное поле и указывать его направление. Железные опилки можно использовать, чтобы показать форму магнитного поля. На сложном уровне гауссметр может обнаруживать поле и указывать его силу, измеряемую в единицах Гаусса.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Как компас обнаруживает магнитное поле?
• Как железные опилки демонстрируют магнитное поле?
• Что такое гауссметр?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Компас определяет поле

Компас — это просто тонкий магнит или намагниченная железная игла, балансирующая на оси. Его можно использовать для обнаружения небольших магнитных полей. Игла будет вращаться, чтобы указывать на противоположный полюс магнита. Он может быть очень чувствительным к небольшим магнитным полям.

Использование компаса для отображения магнитного поля

Когда вы подносите компас к предмету, который предположительно намагничен или имеет магнитное поле, компас повернется и укажет на соответствующий полюс объекта.

Стрелка компаса притягивается к полюсу N магнита

Известный эксперимент показал, что провод, по которому проходит постоянный электрический ток, создает магнитное поле. Когда электричество было включено, соседний компас сдвинулся, чтобы указать на наличие магнитного поля.

Земля — ​​огромный магнит

С помощью компаса выяснилось, что Земля представляет собой огромный магнит. Северный полюс стрелки компаса всегда будет указывать на северный магнитный полюс Земли.

Железные опилки демонстрируют поле

Разложив мелкие железные опилки или пыль на листе бумаги, положенном поверх магнита, можно увидеть очертания магнитных силовых линий или магнитного поля. Картинка внизу

Железные опилки и компасы показывают форму и направление магнитного поля

Этот эксперимент также показывает, что магнетизм действует через многие материалы, например бумагу. Сработал бы эксперимент, если бы для посыпания опилок использовали лист железа? А как насчет алюминиевой фольги?

Гауссметр измеряет поле

Гауссметры используются для измерения силы магнитного поля. Они используют электронный чип, называемый устройством на эффекте Холла, который излучает крошечный электрический ток при воздействии магнитного поля. Ток усиливается электронной схемой, а счетчик показывает количество гаусс (единицы напряженности магнитного поля).

Эти устройства используются для обнаружения и измерения магнитных полей в научных экспериментах, на производстве и даже в домах людей.

Сводка

Магнитные объекты окружены магнитным полем. Устройства могут обнаруживать поле, а также предоставлять информацию о направлении поля и даже его силе.Компас может обнаруживать магнитное поле и указывать его направление. Железные опилки могут показать форму магнитного поля. Гауссметр может обнаруживать поле и указывать его силу.

---

Следуй своему компасу к успеху

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Как работают компасы

Создайте свой собственный Gaussmeter — Домашние инструкции

Недорогой гауссметр — Не так уж и дешево, но вы можете увидеть информацию о гауссметре

Ресурсы магнетизма

Книги

Книги по магнетизму с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если это так, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
магнитный_detection.htm

Пожалуйста, включите это как ссылку на свой веб-сайт или как ссылку в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Магнетизм темы

Обнаружение магнитного поля

---

электромагнетизм | Определение, уравнения и факты

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами.Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами в состоянии покоя или в движении. С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Это чрезвычайно сильно по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона на каждый миллиард молекул у двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные бури.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля перемещаются вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду).Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако в 20 веке интерпретация его творчества расширилась. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильная сила, ответственная за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабая сила, наблюдаемая при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологии, особенно в производстве, распределении и управлении энергией.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенная проблема в электричестве — это определение взаимосвязи между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья стремится дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Мозг некоторых людей может ощущать магнитное поле Земли — но нет, это не означает, что у нас есть «сверхспособности» магнитовосприятия |
Умные новости

Существует довольно длинный каталог животных, которые, кажется, обладают магниторецепцией или способностью обнаруживать магнитные поля Земли, включая голубей, собак, форель, пчел, черепах и саламандр. Но исследователи так и не смогли определить, есть ли у людей эта скрытая сверхдержава, несмотря на десятилетия попыток. Новое провокационное исследование, опубликованное в журнале eNeuro , предполагает, что наш мозг действительно может обнаруживать магнитные поля — по крайней мере, у некоторых людей, хотя невозможно сказать, влияет ли это каким-либо образом на поведение человека. (Несмотря на некоторые заявления о том, что у человека есть недавно обнаруженная магнитная «сверхдержава», мы внезапно не двоюродные братья злодея из Marvel Магнето.)

В настоящее время ученые все еще пытаются выяснить, как работает магниторецепция у животных.Эрик Хэнд из Science сообщает, что большая часть того, что мы знаем о магнитном восприятии, получена в результате поведенческих исследований животных, которые меняют то, как они ориентируются или ориентируются при манипулировании магнитным полем. (Собаки будут ориентироваться вдоль оси магнитного поля Земли север-юг, когда они какают.) Узнать, как это ощущение магнитного поля работает на биологическом уровне, было более сложной задачей.

В настоящее время существует две основные гипотезы. Один из них связан с криптохромами, специализированными белками сетчатки, которые каким-то образом передают магнитную информацию в мозг.Другая гипотеза заключается в том, что микроскопические частицы минерального магнетита находятся в определенных рецепторных клетках в ухе или за носом и работают как биологические компасы.

Джордж Дворски по телефону Gizmodo сообщает, что ведущий исследователь нового исследования Джозеф Киршвинк, геофизик из Калифорнийского технологического института, который десятилетиями занимается изучением магнитных полей и магниторецепции, решил не задавать вопросы о том, как может работать смысл, и сосредоточиться на том, есть ли признаки магниторецепции в мозгу вообще.

«Наш подход заключался в том, чтобы сосредоточиться только на активности мозговых волн», — говорит Киршвинк Дворскому. «Если мозг не реагирует на магнитное поле, то не может быть , чтобы магнитное поле могло повлиять на чье-то поведение. Мозг должен сначала что-то воспринять, чтобы действовать на это — не существует такой вещи, как «экстрасенсорное восприятие».

Для изучения мозговых волн команда сконструировала тщательно продуманную камеру, предназначенную для блокировки всей внешней магнитной активности, электрических импульсов и звука.Электрические катушки внутри камеры создавали магнитное поле, которым могли манипулировать исследователи. Для эксперимента команда изучила 34 человека, которые носили специальное устройство, отслеживающее их мозговые волны. Каждый испытуемый сидел в полной темноте в течение часа, пока исследователи вращали вокруг себя искусственное магнитное поле в поисках признаков того, что мозг обнаруживает движения.

Экспериментаторы зафиксировали провалы амплитуды альфа-волн мозга у трети участников.Падения были наиболее выражены с 25-процентным изменением амплитуды, когда магнитное поле перед объектом было направлено на север и качалось с северо-востока на северо-запад против часовой стрелки. Люди не реагировали на магнитные поля, направленные на юг. Через несколько недель четыре участника прошли повторное тестирование с теми же результатами.

Дворский сообщает, что, как правило, альфа-волны мозга обычно производятся нейронами, когда они не обрабатывают сенсорную информацию.Мозговые волны имеют тенденцию уменьшаться при введении какого-либо стимула. Таким образом, уменьшение альфа-волн является признаком того, что мозг может обрабатывать некоторую информацию из магнитных полей.

Эксперт по магниторецепции

Питер Хор из Оксфордского университета, изучающий навигацию у птиц, сказал Марии Темминг в Science News , что результаты кажутся правдоподобными. Но они нуждаются в повторении, в том числе в аналогичном эксперименте в Южном полушарии, прежде чем он будет полностью убежден.

«Интересно думать, что у нас есть чувство, о котором мы не осознаем», — говорит Хор, не участвовавший в исследовании, — «[Но] необычные утверждения нуждаются в экстраординарных доказательствах, и в данном случае это включает возможность воспроизвести его в другой лаборатории ».

Но не все думают, что альфа-волны указывают на какие-то необнаруженные чувства. «Если бы я… сунул голову в микроволновую печь и включил ее, я бы увидел влияние на свои мозговые волны», — говорит Торстен Ритц, биофизик из Калифорнийского университета в Ирвине, не участвовавший в исследовании, Келли Сервик . Наука .«Это не значит, что у нас есть чувство микроволновки».

Маргарет Ахмад, биолог из Университета Сорбонны во Франции, рассказывает Сервику, что магнитные поля, как известно, влияют на клетки человека и млекопитающих в чашке.

«Я не удивлен, что есть эффект», — говорит Ахмад, не участвовавший в исследовании. «В ячейке есть что-то, что меняется в присутствии магнитного поля. Мы видим этот эффект на эмбриональных клетках почек человека; вы не собираетесь меня убеждать в том, что воздействие на клетки мозга имеет большее или меньшее значение.”

Киршвинк, например, считает, что данные являются первым признаком магниторецепции. «Аристотель описал пять основных органов чувств, включая зрение, слух, вкус, обоняние и осязание», — говорится в пресс-релизе. «Однако он не учел силу тяжести, температуру, боль, равновесие и несколько других внутренних раздражителей, которые, как мы теперь знаем, являются частью нервной системы человека. Наши животные предки утверждают, что здесь должны быть датчики геомагнитного поля, представляющие не шестое чувство, а, возможно, 10-е или 11-е человеческое чувство, которое предстоит открыть.”

В статье на The Conversation , он и его соавторы говорят, что есть много вопросов, которые поднимает исследование, в том числе, имеют ли люди со слабой или сильной реакцией на магнитные поля разные навигационные способности, можно ли научить людей чувствовать магнитные поля и можно ли научить людей с сильной реакцией на это поле чувствовать его.

Но это ставит телегу впереди лошади: критики говорят, что эти результаты необходимо проанализировать и воспроизвести, прежде чем мы даже приблизимся, скажем, пытаясь научить пилотов чувствовать истинный север — а это может даже не стоить усилий. Наша растущая зависимость от технологии GPS предполагает, что даже если мы сможем обнаруживать магнитные поля, немногие из нас откажутся от своих мобильных телефонов в поисках магнитной интуиции, если это не поможет нам быстрее найти ближайший Starbucks.

Понимание восприятия магнитного поля акул на основе эмпирических наблюдений

1.

Вильчко, Р. и Вильчко, В. Магниторецепция. Биологические исследования
28,2 , 157–168 (2006).

Артикул

Google ученый

2.

Манн С., Спаркс Н. и Борд Р. Магнитотаксические бактерии: микробиология, биоминерализация, палеомагнетизм и биотехнология. Adv. Microb. Physiol.
31 , 125–181 (1990).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

3.

Блейкмор Р. Магнитотактические бактерии. Наука
190 , 377–379 (1975).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

4.

Торрес, Ф. Ф., Ботаника, Д. и Пауло, С. Магнетитовые водоросли с магнитотаксисом. Biophys. J.
50 , 375–378 (1986).

Артикул

Google ученый

5.

Браун, Ф., Уэбб, Х. и Барнуэлл, Ф. Феномен направления компаса у грязевых улиток и его связь с магнетизмом. Biol. Бык.
127 , 206–220 (1964).

Артикул

Google ученый

6.

Lohmann, K. et al. . Магнитная ориентация колючих омаров в океане: эксперименты с системами подводных катушек. J. Exp. Биол.
198 , 2041–8 (1995).

CAS
PubMed

Google ученый

7.

Hsu, C.-Y., Ko, F.-Y., Li, C.-W., Fann, K. & Lue, J.-T. Система магниторецепции у медоносных пчел (Apis mellifera). PLoS One
2 , e395 (2007).

ADS
Статья
PubMed
PubMed Central

Google ученый

8.

Бисон, Р. и Николс, Дж. Магнитная ориентация и магниточувствительный материал у трансэкваториальных перелетных птиц. Природа
309 , 151–153 (1984).

ADS
Статья

Google ученый

9.

Вильчко В. и Вильчко Р. Магнитный компас европейских малиновок. Наука
176 , 62–64 (1972).

ADS
CAS
Статья
PubMed
МАТЕМАТИКА

Google ученый

10.

Thalau, P., Ритц, Т., Бурда, Х., Вегнер, Р. Э. и Вильчко, Р. Механизмы магнитного компаса птиц и грызунов основаны на различных физических принципах. J. R. Soc. Интерфейс
3 , 583–7 (2006).

Артикул
PubMed
PubMed Central

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 11.

Wiltschko, W., Dehe, L., Stapput, K., Thalau, P. & Wiltschko, R. Магниторецепция у птиц: нет окна интенсивности в ответах «фиксированного направления». Naturwissenschaften
97 , 37–42 (2010).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

12.

Мархольд С., Вильчко В. и Бурда Х. Компас с магнитной полярностью для определения направления у подземных млекопитающих. Naturwissenschaften
423 , 421–423 (1997).

ADS
Статья

Google ученый

13.

Deutschlander, M., Borland, S. & Phillips, J. Экстраокулярный магнитный компас у тритонов. Природа
400 , 324–325 (1999).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

14.

Дойчландер, М. Э., Филлипс, Дж. Б. и Борланд, С. С. Ориентация магнитного компаса у восточного краснопятнистого тритона, Notophthalamus viridescens: быстрое освоение береговой оси. Копея
2000 , 413–419 (2000).

Артикул

Google ученый

15.

Фрик, М. и Филипс, Дж. Светозависимый сдвиг в ориентации магнитного компаса головастика лягушки-лягушки: свидетельства общего механизма магниторецепции у бесхвостых и уродельских амфибий. Этология
254 , 241–254 (2005).

Артикул

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 16.

Ломанн К. и Ломанн К. Обнаружение угла магнитного наклона морскими черепахами: возможный механизм определения широты. J. Exp. Биол.
194 , 23–32 (1994).

CAS
PubMed

Google ученый

17.

Лайт, П., Салмон, М. и Ломанн, К. Геомагнитная ориентация морских черепах логгерхедов: свидетельства в пользу наклонного компаса. J. Exp. Биол.
182 , 1–10 (1993).

Google ученый

18.

Киршвинк, Дж. Л., Дизон, А. Э. и Вестфаль, Дж. А. Свидетельства геомагнитной чувствительности китообразных, полученные на берегах. J. Exp. Биол.
120 , 1–24 (1986).

Google ученый

19.

Дуриф, К. М. Ф. и др. . Ориентация магнитного компаса у европейского угря. PLoS One
8 , 1–7 (2013).

Артикул

Google ученый

20.

Мора, К. В. и др. . Модификация поведения лимонных акул (Negaprion brevirostris), лишенных зрения, в отношении магнитных полей. J. Navig.
115 , 346–353 (2014).

Google ученый

21.

Мора, К. В., Дэвисон, М. и Уокер, М. М. Кондиционирование как метод изучения сенсорных систем, участвующих в ориентации, самонаводстве и навигации животных — обзор. J. Navig.
62 , 571 (2009).

Артикул

Google ученый

22.

Уокер М. Научился распознавать магнитное поле у ​​желтоперого тунца, Thunnus albacares. J. Comp. Physiol. A
, 155, , 673–679 (1984).

Артикул

Google ученый

23.

Diebel, C.E., Proksch, R., Грин, К. Р., Нейлсон, П. и Уокер, М. М. Магнетит определяет магниторецептор позвоночных. Природа
406 , 299–302 (2000).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

24.

Уокер М. М. и др. . Структура и функция магнитного чутья позвоночных. Природа
390 , 371–6 (1997).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

25.

Уокер, М. М., Дибель, К. Э. и Киршвинк, Дж. Л. В Обработка сенсорных данных в водной среде 53–74 (Springer-Verlag, 2004).

26.

Куинн, Т. П. Доказательства ориентации астрономического и магнитного компаса у мигрирующих по озеру мальков нерки. J. Comp. Physiol. A
137 , 243–248 (1980).

Артикул

Google ученый

27.

Куинн Т. П. и Браннон, Э. Л. Использование небесных и магнитных сигналов при ориентировании смолтов нерки. J. Comp. Physiol. A
147 , 547–552 (1982).

Артикул

Google ученый

28.

Паулин М. Электрорецепция и чувство компаса акул. J. Theor. Биол.
174 , 325–339 (1995).

Артикул

Google ученый

29.

Акоев Г., Ильинский О. и Задан П. Реакции электрорецепторов (ампул Лоренцини) коньков на электрические и магнитные поля. J. Comp. Physiol. A
106 , 127–136 (1976).

Артикул

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 30.

Браун, Х. и Ильинский, О. Ампулы Лоренцини в магнитном поле. J. Comp. Physiol.
126 , 333–341 (1978).

Артикул

Google ученый

31.

Калмийн А. Биофизика обнаружения геомагнитного поля. IEEE Trans. Magn.
17 , 1113–1124 (1981).

ADS
Статья

Google ученый

32.

Мейер, К. Г., Холланд, К. Н. и Папастаматиу, Ю. П. Акулы могут обнаруживать изменения в геомагнитном поле. Дж. Р.Soc. Интерфейс
2 , 129–30 (2005).

Артикул
PubMed

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 33.

Калмийн А. Обнаружение электрического и магнитного полей у пластиножаберных рыб. Наука
218 , 916–918 (1982).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

34.

Андрианов Г.Н., Браун, Х. Р. и Ильинский, О. Б. Ответы центральных нейронов на электрические и магнитные стимулы ампул lorenzini в черноморском коньке. J. Comp. Physiol. A
93 , 287–299 (1974).

Артикул

Google ученый

35.

Bonfil, R. et al. . Трансокеанская миграция, пространственная динамика и связи популяций белых акул. Наука
310 , 100–3 (2005).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 36.

Weng, K. C. et al. . Миграция и среда обитания белых акул (Carcharodon carcharias) в восточной части Тихого океана. Mar. Biol.
152 , 877–894 (2007).

Артикул

Google ученый

37.

Papastamatiou, Y. P. et al. .Шкалы ориентации, направленные прогулки и структура траектории движения акул. J. Anim. Ecol.
80 , 864–74 (2011).

Артикул
PubMed

Google ученый

38.

Papastamatiou, Y. P. et al. . Модели телеметрии и случайного блуждания выявляют сложные закономерности частичной миграции крупного морского хищника. Экология
94 , 2595–606 (2013).

Артикул
PubMed

Google ученый

39.

Кальмийн А. Обнаружение и обработка электромагнитных и ближнепольных акустических сигналов у пластиножаберных рыб. Philos. Пер. R. Soc. Лондон. B. Biol. Sci.
355 , 1135–41 (2000).

CAS
Статья
PubMed
PubMed Central

Google ученый

40.

Montgomery, J.C. Система горизонтальных каналов Dogfish: ответы первичных афферентных, вестибулярных и мозжечковых нейронов на вращательную стимуляцию. Неврология
5 , 1761–9 (1980).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 41.

Монтгомери, Дж. И Бодзник, Д. Схема заднего мозга, опосредующая подавление общего режима дыхательной референции в электросенсорной системе маленького ската Раджа Эринацея. J. Exp. Биол.
215 , 203–215 (1993).

Google ученый

42.

Монтгомери, Дж. И Бодзник, Д. Сигналы и шум в электросенсорной системе эластожаберных ветвей. J. Exp. Биол.
202 , 1349–55 (1999).

CAS
PubMed

Google ученый

43.

Molteno, T.К. А. и Кеннеди, В. Л. Навигация с помощью индукционной магниторецепции у пластиножаберных рыб. J. Biophys.
2009 , 380976 (2009).

CAS
PubMed
PubMed Central

Google ученый

44.

Йонсен, С. & Ломанн, К. Дж. Физика и нейробиология магниторецепции. Nat. Rev. Neurosci.
6 , 703–12 (2005).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

45.

Йонсен, С. и Ломанн, К. Дж. Магниторецепция у животных. (2008).

46.

Walker, M., Diebel, CE & Kirschvink, JL In Fi sh Physiol и y: Se nsory Systems Neuroscience (ред. Hara, TJ & Zielinski, B.) 25 , 335–374 (Academic Press, 2006).

org/ScholarlyArticle»> 47.

Brill, R. et al. .Отталкивающее и сдерживающее действие электроположительных металлов на молодь песчаных акул (Carcharhinus plumbeus). Рыба. Бык
107 , 298–307 (2009).

ADS

Google ученый

48.

Роббинс, В. Д., Педдеморс, В. М. и Кеннелли, С. Дж. Оценка постоянных магнитов и электроположительных металлов для уменьшения отлова галапагосских акул Carcharhinus galapagensis с привязки к линии. Рыба. Res.
109 , 2011. С. 100–106.

Артикул

Google ученый

49.

О’Коннелл, К. П., Абель, Д. К., Грубер, С. Х., Страуд, Э. М. и Райс, П. Х. Реакция молодых лимонных акул Negaprion brevirostris на магнитный барьер, имитирующий пляжную сеть. Ocean Coast. Manag.
54 , 225–230 (2011).

Артикул

Google ученый

50.

О’Коннелл, К., Абель, Д., Страуд, Э. и Райс, П. Анализ постоянных магнитов в качестве устройств для уменьшения прилова пластинчато-жаберных ветвей при ярусных и крючковых испытаниях. Рыба. Бык . 394–402 (2011).

51.

Hutchinson, M. et al. . Влияние металлического сплава лантаноидов на коэффициент вылова акул. Рыба. Res.
131 , 45–51 (2012).

Артикул

Google ученый

52.

McCutcheon, S.M. & Kajiura, S.M. Электрохимические свойства металлов-лантаноидов в связи с их применением в качестве репеллентов от акул. Рыба. Res.
147 , 47–54 (2013).

Артикул

Google ученый

53.

Ньютон К. и Каджиура С. М. Распознавание, обучение и память магнитного поля у желтого ската (Urobatis jamaicensis). Anim. Cogn .DOI: 10.1007 / s10071-017-1084-8 1–12 (2017).

54.

Siegenthaler, A., Niemantsverdriet, P. R. W., Laterveer, M. & Heitkönig, I. M. A. Отрицательная реакция содержащихся в неволе песчаных акул Carcharhinus plumbeus на сильные магнитные поля. J. Fish Biol.
89 , 1603–1611 (2016).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

55.

Мора, К., Дэвисон, М., Уайлд, Дж.И Уокер, М. Магниторецепция и ее тройничное опосредование у почтового голубя. Природа
432 , 508–511 (2004).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

56.

Каджиура, С. М. и Холланд, К. Н. Электрорецепция у молодых зубчатых акул-молотов и песчаных акул. J. Exp. Биол.
205 , 3609–21 (2002).

PubMed

Google ученый

57.

Бедор, С. Н. и Каджиура, С. М. Биоэлектрические поля морских организмов: вклад напряжения и частоты в обнаруживаемость электрорецептивных хищников. Physiol. Biochem. Zool.
86 , 298–311 (2013).

Артикул
PubMed

Google ученый

58.

Трикас, Т.К. & Нью, Дж. Г. Чувствительность и динамика ответа электросенсорных первичных афферентных нейронов эластожаберных к околопороговым полям. J. Comp. Physiol. А.
182 , 89–101 (1998).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

59.

Климли, А. П. Плавание в высоконаправленном направлении зубчатыми акулами-молотами, Sphryna lewini, а также подповерхностная освещенность, температура, батиметрия и геомагнитное поле. Mar. Biol.
22 , 1–22 (1993).

Артикул

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 60.

Бисон, Р. и Семм, П. Несет ли птичий глазной нерв магнитную навигационную информацию? J. Exp. Биол.
199 , 1241–4 (1996).

CAS
PubMed

Google ученый

61.

Киршвинк, Дж.Л., Уокер М. и Дибель К. Э. Магниторецепция на основе магнетита. Curr. Мнение. Neurobiol.
11 , 462–7 (2001).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

62.

Мора, К. В., Дэвисон, М., Уайлд, Дж. М. и Уолкер, М. М. Магниторецепция и ее тройничное опосредование у почтового голубя. Природа
432 , (2004).

org/ScholarlyArticle»> 63.

Gould, J. L. Magnetoreception. Curr. Биол.
18 , R482 – R484 (2008).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

64.

Шультен, К. и Свенберг, К. Э. Биомагнитный сенсорный механизм, основанный на модулированном магнитным полем когерентном движении спина электронов. для Phys . Chemie
111 , 1–5 (1978).

Google ученый

65.

Ритц Т., Адем С. и Шультен К. Модель магниторецепции на основе фоторецепторов у птиц. Biophys. J.
78 , 707–18 (2000).

CAS
Статья
PubMed
PubMed Central

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 66.

Mouritsen, H. & Ritz, T. Магниторецепция и ее использование в навигации для птиц. Curr. Мнение. Neurobiol.
15 , 406–14 (2005).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

67.

Грубер С., Хамасаки Д. и Дэвис Б. Окно в эпифиз у акул. Копея
1975 , 378–380 (1975).

Артикул

Google ученый

68.

Семм, П.И Демейн, С. Нейрофизиологические свойства магнитных клеток зрительной системы голубей. J. Comp. Physiol. A
159 , 619–625 (1986).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 69.

Филлипс, Дж. Б., Дойчлендер, М. Е., Фрик, М. Дж. И Борланд, С. С. Роль экстраокулярных фоторецепторов в ориентации магнитного компаса тритона: параллели между светозависимым магниторецепцией и обнаружением поляризованного света у позвоночных. J. Exp. Биол.
204 , 2543–52 (2001).

CAS
PubMed

Google ученый

70.

Вильчко В. и Вильчко Р. Магнитная ориентация и магниторецепция у птиц и других животных. J. Comp. Physiol. А.
191 , 675–93 (2005).

Артикул
МАТЕМАТИКА

Google ученый

71.

Novales Flamarique, I. & Hawryshyn, C. W. Ограничено ли использование подводного поляризованного света рыбами сумеречными периодами времени? Vision Res.
37 , 975–89 (1997).

CAS
Статья
PubMed

Google ученый

72.

Guttridge, T. L. et al. . Социальное обучение у молодых лимонных акул, Negaprion brevirostris. Anim. Cogn.
16 , 55–64 (2013).

Артикул
PubMed

Google ученый

73.

Гаттридж, Т. Л. и Браун, К. Обучение и память у акулы Порт-Джексона, Heterodontus portusjacksoni. Anim. Cogn.
17 , 415–425 (2014).

Артикул
PubMed

Google ученый

74.

Уиллер, Х. Формулы индуктивности для круглых и квадратных катушек. Proc. IEEE
70 , 1449–1450 (1982).

Артикул

Google ученый

75.

Нагаока Х. Коэффициенты индуктивности соленоидов. Журнал Колледжа наук Императорского университета
27 , 1–33 (1909).

Google ученый

76.

Баумгартнер, Дж. и др. .Магнитотактические бактерии образуют магнетит из богатого фосфатом гидроксида трехвалентного железа через нанометрические промежуточные соединения оксида железа (оксигидра). Proc. Natl. Акад. Sci. США
110 , 14883–8 (2013).

ADS
CAS
Статья
PubMed
PubMed Central

Google ученый

org/ScholarlyArticle»> 77.

Prato, F. S. & Kavaliers, M. Поведенческие реакции наземных улиток на магнитные поля зависят как от направления магнитного поля, так и от света. Proc. Биол. Sci.
263 , 1437–1442 (1996).

Артикул

Google ученый

78.

Филлипс Дж. Два пути магниторецепции у мигрирующей саламандры. Наука
233 , 765–767 (1986).

ADS
CAS
Статья
PubMed

Google ученый

79.

Филлипс, Дж., Хорхе П. и Мухейм Р. Ориентация магнитного компаса в зависимости от света у земноводных и насекомых: кандидаты в рецепторы и потенциальные молекулярные механизмы. J. R. Soc. Интерфейс
7 , 241–256 (2010).

Артикул

Google ученый

Магнитное воздействие электрического тока класс 10 наука

---

Свойства магнита:

• Свободно подвешенный магнит всегда направлен на север и юг.
• Полюс магнита, который направлен на север, называется северным полюсом или северным поиском.
• Полюс магнита, направленный в южном направлении, называется южным полюсом или южным поиском.
• Подобные полюса магнитов отталкиваются друг от друга, в то время как разные полюса магнитов притягиваются друг к другу.

Аналогично другим эффектам; электрический ток также производит магнитный эффект. Магнитный эффект электрического тока известен как электромагнитный эффект.

Замечено, что когда компас подносят к проводнику с током, стрелка компаса отклоняется из-за электрического тока. Это показывает, что электрический ток производит магнитный эффект.

---

Магнитное поле и силовые линии

Влияние силы, окружающей магнит, называется магнитным полем. В магнитном поле силу магнита можно определить с помощью компаса или любого другого магнита.

Рис. Линии магнитного поля

Воображаемые силовые линии магнитного поля вокруг магнита называются силовой линией или силовой линией магнита. Когда железные наполнители оседают вокруг стержневого магнита, они располагаются по схеме, имитирующей силовые линии магнитного поля. Силовую линию магнита также можно обнаружить с помощью компаса. Магнитное поле является векторной величиной, то есть имеет как направление, так и величину.

Направление линии поля: За пределами магнита направление силовой линии магнитного поля берется от северного полюса к южному полюсу. Внутри магнита направление силовой линии магнитного поля берется от южного полюса к северному полюсу.

Сила магнитного поля: Сходство силовых линий показывает относительную напряженность магнитного поля, то есть более близкие линии показывают более сильное магнитное поле и наоборот. Переполненные силовые линии возле полюсов магнита показывают большую напряженность.

---

Магнитное поле, создаваемое токопроводящим проводником:

Магнитное поле, создаваемое током через прямой проводник:

Прямой провод с током имеет магнитное поле в виде концентрических окружностей; вокруг него.Магнитное поле прямолинейного проводника с током можно показать линиями магнитного поля.

Направление магнитного поля через проводник с током зависит от направления потока электрического тока. Направление магнитного поля меняется на противоположное при изменении направления электрического тока.

Пусть токопроводящий проводник подвешен вертикально, а электрический ток течет с юга на север. В этом случае направление магнитного поля будет против часовой стрелки.Если ток течет с севера на юг, направление магнитного поля будет по часовой стрелке.

Правило для большого пальца правой руки:

Направление магнитного поля; относительно направления электрического тока через прямой проводник можно изобразить с помощью правила большого пальца правой руки. Это также известно как правило Максвелла «Штопор».

Если токоведущий провод держать правой рукой; удерживая большой палец прямо, и если направление электрического тока совпадает с направлением большого пальца, то направление наматывания других пальцев покажет направление магнитного поля.

---

Согласно правилу Максвелла, если направление движения винта вперед показывает направление тока, то направление вращения винта показывает направление магнитного поля.

Свойства магнитного поля:

• Величина; магнитного поля увеличивается с увеличением электрического тока и уменьшается с уменьшением электрического тока.
• Величина магнитного поля; вырабатывается электрическим током; уменьшается с увеличением расстояния и наоборот.Размер концентрических окружностей силовых линий магнитного поля увеличивается с удалением от проводника, что показывает, что магнитное поле уменьшается с расстоянием.
• Силовые линии магнитного поля всегда параллельны друг другу.
• Две силовые линии не пересекаются.

---

Излучение: электромагнитные поля

Стандарты

установлены для защиты нашего здоровья и хорошо известны для многих пищевых добавок, концентраций химикатов в воде или загрязнителях воздуха.Точно так же существуют полевые стандарты, ограничивающие чрезмерное воздействие уровней электромагнитного поля, присутствующего в нашей среде.

Кто определяет руководящие принципы?

Страны устанавливают свои собственные национальные стандарты воздействия электромагнитных полей. Однако большинство этих национальных стандартов основаны на рекомендациях Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Эта неправительственная организация, официально признанная ВОЗ, оценивает научные результаты со всего мира.Основываясь на подробном обзоре литературы, ICNIRP выпускает руководящие принципы, рекомендующие пределы воздействия. Эти инструкции периодически пересматриваются и при необходимости обновляются.

Уровни электромагнитного поля зависят от частоты сложным образом. Было бы трудно понять перечисление каждого значения в каждом стандарте и на каждой частоте. Приведенная ниже таблица представляет собой краткое изложение рекомендаций по воздействию для трех областей, которые стали предметом общественного беспокойства: электричество в доме, базовые станции мобильной связи и микроволновые печи.Эти рекомендации последний раз обновлялись в апреле 1998 года.

Краткое изложение рекомендаций ICNIRP по воздействию

	Европейская частота электросети		Частота базовой станции мобильного телефона		Частота микроволновой печи 9
Частота	50 Гц	50 Гц	900 МГц	1,8 ГГц	2. 45 ГГц
	Электрическое поле (В / м)	Магнитное поле (мкТл)	Плотность мощности (Вт / м2)	Плотность мощности (Вт / м2)	Плотность мощности (Вт / м2)
Пределы воздействия на людей	5 000	100	4.5	9
					Пределы воздействия на рабочем месте	10 000	500	22. 5	45

ICNIRP, Руководящие принципы EMF, Health Physics 74, 494-522 (1998)

Нормы воздействия могут отличаться более чем в 100 раз между некоторыми бывшими советскими странами и западными странами. страны. В условиях глобализации торговли и быстрого внедрения телекоммуникаций во всем мире возникла необходимость в универсальных стандартах. Поскольку многие страны бывшего Советского Союза сейчас рассматривают новые стандарты, ВОЗ недавно выступила с инициативой по согласованию руководящих принципов воздействия во всем мире.Будущие стандарты будут основаны на результатах Международного проекта ВОЗ по электромагнитному полю.

На чем основаны правила?

Важно отметить, что нормативный предел не является точным разграничением между безопасностью и опасностью. Не существует единого уровня, выше которого воздействие становится опасным для здоровья; вместо этого потенциальный риск для здоровья человека постепенно увеличивается с увеличением уровня воздействия. Руководящие принципы указывают, что согласно научным знаниям воздействие электромагнитного поля ниже заданного порога является безопасным.Однако из этого автоматически не следует, что воздействие выше указанного предела является вредным.

Тем не менее, чтобы установить пределы воздействия, научные исследования должны определить пороговый уровень, при котором проявляются первые последствия для здоровья. Поскольку людей нельзя использовать для экспериментов, руководящие принципы критически полагаются на исследования на животных. Незначительные изменения в поведении животных на низких уровнях часто предшествуют более резким изменениям здоровья на более высоких уровнях. Аномальное поведение является очень чувствительным индикатором биологической реакции и было выбрано как наименьшее наблюдаемое неблагоприятное воздействие на здоровье.Руководства рекомендуют предотвращать уровни воздействия электромагнитного поля, при которых изменения поведения становятся заметными.

Этот пороговый уровень поведения не равен нормативному пределу. ICNIRP применяет коэффициент безопасности 10 для получения пределов профессионального воздействия и коэффициент 50 для получения нормативного значения для населения. Поэтому, например, в радиочастотном и микроволновом диапазонах частот максимальные уровни, которые вы можете испытывать в окружающей среде или в вашем доме, по крайней мере в 50 раз ниже порогового уровня, при котором становятся очевидными первые поведенческие изменения у животных.

Почему коэффициент безопасности для руководств по профессиональному облучению ниже, чем для населения?

Население, подвергающееся профессиональному облучению, состоит из взрослых, которые обычно находятся в известных условиях электромагнитного поля. Эти рабочие обучены осознавать потенциальный риск и принимать соответствующие меры предосторожности. Напротив, широкая общественность состоит из людей всех возрастов и разного состояния здоровья. Во многих случаях они не знают о своем воздействии ЭМП. Более того, нельзя ожидать, что отдельные представители общественности примут меры для сведения к минимуму или предотвращения воздействия. Это основные соображения для более строгих ограничений воздействия для населения, чем для населения, подвергающегося профессиональному облучению.

Как мы видели ранее, низкочастотные электромагнитные поля индуцируют токи в человеческом теле (см. Что происходит, когда вы подвергаетесь воздействию электромагнитных полей?). Но различные биохимические реакции внутри самого тела также генерируют токи. Клетки или ткани не смогут обнаруживать индуцированные токи ниже этого фонового уровня.Поэтому при низких частотах нормы воздействия гарантируют, что уровень токов, индуцируемых электромагнитными полями, ниже, чем у естественных токов тела.

Основным эффектом радиочастотной энергии является нагрев тканей. Следовательно, нормы воздействия радиочастотных полей и микроволн установлены для предотвращения последствий для здоровья, вызванных локальным нагревом или нагреванием всего тела (см. Что происходит, когда вы подвергаетесь воздействию электромагнитных полей?). Соблюдение указаний гарантирует, что тепловое воздействие достаточно мало, чтобы не причинить вреда.

Какие руководящие принципы не могут быть учтены

В настоящее время предположения о потенциальных долгосрочных последствиях для здоровья не могут лечь в основу выпуска руководств или стандартов. Суммируя результаты всех научных исследований, общий вес доказательств не указывает на то, что электромагнитные поля вызывают долгосрочные последствия для здоровья, такие как рак. Национальные и международные органы устанавливают и обновляют стандарты на основе последних научных знаний для защиты от известных последствий для здоровья.

Руководящие принципы устанавливаются для среднего населения и не могут напрямую отвечать требованиям меньшинства потенциально более чувствительных людей. Например, рекомендации по загрязнению воздуха не основаны на особых потребностях астматиков. Точно так же правила электромагнитного поля не предназначены для защиты людей от вмешательства в имплантированные медицинские электронные устройства, такие как кардиостимуляторы. Вместо этого следует посоветоваться с производителями и клиницистом, имплантирующим устройство, по поводу ситуаций воздействия, которых следует избегать.

Каковы типичные максимальные уровни воздействия дома и в окружающей среде?

Некоторая практическая информация поможет вам соотноситься с международными нормативными значениями, указанными выше. В следующей таблице вы найдете наиболее распространенные источники электромагнитных полей. Все значения являются максимальными уровнями публичного воздействия — ваша собственная подверженность, вероятно, будет намного ниже. Для более детального изучения уровней поля вокруг отдельных электроприборов см. Раздел Типичные уровни воздействия в домашних условиях и в окружающей среде.

911 200

0. 7

0

Источник	Типичное максимальное воздействие на людей
	Электрическое поле (В / м)	Плотность магнитного потока (мкТл)
						70 (магнитное поле Земли)
Электропитание от сети (в домах не вблизи линий электропередач)	100	0,2
Электропитание от сети (под 3 большими линиями электропередач) 9000	10 000	20
Электропоезда и трамваи	300	50
Экраны телевизоров и компьютеров (на рабочем месте)
	Типичное максимальное воздействие на людей (Вт / м2)
Теле- и радиопередатчики	0,1
Базовые станции мобильной связи
0,2
Микроволновые печи	0,5

Источник: Европейское региональное бюро ВОЗ

Как практические рекомендации претворяются в жизнь и кто их проверяет?

Ответственность за исследование полей вокруг линий электропередач, базовых станций мобильных телефонов или любых других источников, доступных для широкой публики, лежит на государственных учреждениях и местных органах власти.Они должны обеспечить соблюдение правил.

В случае электронных устройств производитель несет ответственность за соблюдение стандартных ограничений. Однако, как мы видели выше, характер большинства устройств гарантирует, что излучаемые поля значительно ниже пороговых значений. Кроме того, многие ассоциации потребителей регулярно проводят тесты. В случае возникновения какой-либо особой озабоченности или беспокойства свяжитесь напрямую с производителем или обратитесь в местный орган здравоохранения.

Вредны ли воздействия, превышающие нормы?

Съесть банку с клубничным вареньем до истечения срока годности — это совершенно безопасно, но если вы потребляете варенье позже, производитель не может гарантировать хорошее качество еды. Тем не менее, даже через несколько недель или месяцев после истечения срока годности варенье, как правило, безопасно есть. Точно так же правила электромагнитного поля гарантируют, что в пределах заданного предела воздействия не произойдет никаких известных неблагоприятных последствий для здоровья. Большой коэффициент безопасности применяется к уровню, который, как известно, вызывает последствия для здоровья.Следовательно, даже если вы испытаете напряженность поля в несколько раз выше заданного предельного значения, ваше воздействие все равно будет в пределах этого запаса прочности.

В повседневных ситуациях большинство людей не испытывают электромагнитных полей, превышающих нормативные пределы. Типичные экспозиции намного ниже этих значений. Однако бывают случаи, когда воздействие на человека может на короткий период приближаться к нормативам или даже превышать их. Согласно ICNIRP, радиочастотное и микроволновое воздействие следует усреднять по времени, чтобы устранить кумулятивные эффекты.В руководстве указан период усреднения по времени в шесть минут, и допустимы краткосрочные воздействия сверх установленных пределов.

Напротив, воздействие низкочастотных электрических и магнитных полей не усредняется по времени в руководствах. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, в игру вступает еще один фактор, называемый связью. Связь относится к взаимодействию между электрическим и магнитным полями и обнаженным телом. Это зависит от размера и формы тела, типа ткани и ориентации тела относительно поля.Рекомендации должны быть консервативными: ICNIRP всегда предполагает максимальную связь поля с экспонируемым человеком. Таким образом, рекомендуемые пределы обеспечивают максимальную защиту. Например, даже если значения магнитного поля для фенов и электробритв превышают рекомендуемые значения, чрезвычайно слабая связь между полем и головкой предотвращает индукцию электрических токов, которые могут превышать рекомендуемые пределы.

Ключевые моменты

• ICNIRP издает руководящие принципы на основе современных научных знаний.Большинство стран используют эти международные руководящие принципы для разработки своих национальных стандартов.
• Стандарты для низкочастотных электромагнитных полей гарантируют, что наведенные электрические токи ниже нормального уровня фоновых токов внутри тела. Стандарты на радиочастоты и микроволны предотвращают последствия для здоровья, вызванные локальным нагреванием или нагреванием всего тела.
• Рекомендации не защищают от потенциального вмешательства в электромедицинские устройства.
• Максимальные уровни воздействия в повседневной жизни обычно намного ниже нормативных пределов.
• Из-за большого запаса прочности воздействие выше нормативных пределов не обязательно вредно для здоровья. Кроме того, усреднение по времени для высокочастотных полей и предположение о максимальной связи для низкочастотных полей вносят дополнительный запас прочности.

.