Магнитное действие электрического тока: Магнитное действие электрического тока

Содержание

Магнитное действие электрического тока

Простейшие электрические и магнитные явления известны людям с очень давних времен.

По-видимому, уже за 600 лет до н. э. греки знали, что магнит притягивает к себе железо, а натертый янтарь – легкие предметы, вроде соломинок и т. п. Однако различие между электрическими и магнитными притяжениями было еще не ясно; те и другие считались явлениями одной природы.

Четкое разграничение этих явлений – заслуга английского врача и естествоиспытателя Уильяма Гильберта (1544-1603), который в 1600 г. выпустил в свет книгу под названием «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле». С этой книги, собственно, и начинается подлинно научное изучение электрических и магнитных явлений. Гильберт описал в своей книге все свойства магнитов, которые в его эпоху были известны, а также изложил результаты собственных очень важных опытов. Он указал на ряд существенных различий между электрическими и магнитными притяжениями и ввел слово «электричество».

Хотя после Гильберта различие между электрическими и магнитными явлениями было уже для всех неоспоримо ясно, тем не менее ряд фактов указывал на то, что при всем своем различии эти явления каким-то образом тесно и неразрывно связаны друг с другом. Наиболее бросающимися в глаза были факты намагничивания железных предметов и перемагничивания магнитных стрелок под влиянием молний. В своей работе «Гром и молния» французский физик Доминик Франсуа Араго (1786-1853) описывает, например, такой случай. «В июле 1681 г. корабль «Королева», находившийся в сотне миль от берега, в открытом море, был поражен молнией, которая причинила значительные повреждения в мачтах, парусах и пр. Когда же наступила ночь, то по положению звезд выяснилось, что из трех компасов, имевшихся на корабле, два, вместо того чтобы указывать на север, стали указывать на юг, а третий стал указывать на запад». Араго описывает также случай, когда молния, ударившая в дом, сильно намагнитила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

В начале XVIII века было уже установлено, что молния, по сути дела, представляет собой сильный электрический ток, идущий через воздух; поэтому факты вроде описанных выше могли подсказать мысль, что всякий электрический ток обладает какими-то магнитными свойствами. Однако обнаружить на опыте эти свойства тока, и изучить их удалось только в 1820 г. датскому физику Гансу Христиану Эрстеду (1777-1851).

Основной опыт Эрстеда изображен на рис. 199. Над неподвижным проводом 1, расположенным вдоль меридиана, т. е. в направлении север-юг, подвешена на тонкой нити магнитная стрелка 2 (рис. 199, а). Стрелка, как известно, устанавливается также приблизительно по линии север-юг, и поэтому она располагается примерно параллельно проводу. Но как только мы замкнем ключ и пустим ток по проводу 1, мы увидим, что магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться под прямым углом к нему, т. е. в плоскости, перпендикулярной к проводу (рис. 199, б). Этот фундаментальный опыт показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, т. е. силы, подобные тем, которые действуют вблизи естественных и искусственных магнитов. Такие силы мы будем называть магнитными силами, так же как мы называем силы, действующие на электрические заряды, электрическими.

Рис. 199. Опыт Эрстеда с магнитной стрелкой, обнаруживающий существование магнитного поля тока: 1 – провод, 2 – магнитная стрелка, подвешенная параллельно проводу, 3 – батарея гальванических элементов, 4 – реостат, 5 – ключ

В гл. II мы ввели понятие электрического поля для обозначения того особого состояния пространства, которое проявляется в действиях, электрических сил. Точно так же мы будем называть магнитным полем то состояние пространства, которое дает о себе знать действием магнитных сил. Таким образом, опыт Эрстеда доказывает, что в пространстве, окружающем электрический ток, возникают магнитные силы, т. е. создается магнитное поле.

Первый вопрос, который поставил перед собой Эрстед после того, как он сделал свое замечательное открытие, был таков: влияет ли вещество провода на создаваемое током магнитное поле? «Соединительный провод, – пишет Эрстед, – может состоять из нескольких проволок или металлических полос. Природа металла не меняет результата, разве только, пожалуй, в отношении величины.

С одинаковым результатом мы пользовались проволоками из платины, золота, серебра, латуни и железа, а также оловянными и свинцовыми полисами и ртутью».

Все свои опыты Эрстед проводил с металлами, т. е. с проводниками, в которых проводимость, как мы теперь знаем, имеет электронный характер. Нетрудно, однако, осуществить опыт Эрстеда, заменив металлический провод трубкой с электролитом или трубкой, в которой происходит разряд в газе. Такие опыты мы уже описали в § 40 (рис. 73) и видели, что хотя в этих случаях электрический ток обусловлен движением положительных и отрицательных ионов, но действие его на магнитную стрелку то же, что и в случае тока в металлическом проводнике. Какова бы ни была природа проводника, по которому течет ток, вокруг проводника всегда создается магнитное поле, под влиянием которого стрелка поворачивается, стремясь стать перпендикулярно к направлению тока.

Таким образом, мы можем утверждать: вокруг всякого тока возникает магнитное поле. Об этом важнейшем свойстве электрического тока мы уже упоминали (§ 40), когда говорили подробнее о других его действиях – тепловом и химическом.

Из трех свойств или проявлений электрического тока наиболее характерным является именно создание магнитного поля. Химические действия тока в одних проводниках – электролитах – имеют место, в других – металлах – отсутствуют. Выделяемое током тепло может быть при одном и том же токе больше или меньше в зависимости от сопротивления проводника. В сверхпроводниках возможно даже прохождение тока без выделения тепла (§ 49). Но магнитное поле – неотделимый спутник всякого электрического тока. Оно не зависит ни от каких специальных свойств того или иного проводника и определяется лишь силой и направлением тока. Большинство технических применений электричества также связано с наличием магнитного поля тока.

Магнитное поле тока — методическая рекомендация. Физика, 8 класс.

1.	Магнитное действие тока	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Отработка навыка распознавания магнитного действия электрического тока среди других видов притяжения.
2.	Направление магнитных линий проводника с током, направленным «от нас»	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Отработка навыка определения направления магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током, направленным «от нас».
3.	Направление магнитных линий проводника с током, направленным «к нам»	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Отработка навыка определения направления магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током, направленным «к нам».
4.	Направление тока в проводнике, вокруг которого существует магнитное поле	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Отработка навыка определения направления электрического тока в проводнике по заданному направлению магнитных линий магнитного поля, существующего вокруг проводника.
5.	Условное обозначение направления тока в проводнике, вокруг которого существует магнитное поле	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Отработка навыка определения условного обозначения направления электрического тока в проводнике по заданному направлению магнитных линий магнитного поля, существующего вокруг проводника.
6.	Направление магнитных линий проводника с током (ток направлен вправо)	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Отработка навыка определения направления магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током, расположенного горизонтально (ток направлен вправо).
7.	Направление магнитных линий проводника с током (ток направлен влево)	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Отработка навыка определения направления магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током, расположенного горизонтально (ток направлен влево).
8.	Направление тока в проводнике	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Отработка навыка определения направления электрического тока в проводнике, вокруг которого существует магнитное поле.
9.	Магнитная стрелка над участком цепи (вариант 1)	3 вид — анализ	сложное	3 Б.	Отработка навыка определения положения магнитной стрелки в заданной точке магнитного поля проводника с током (точка над проводником).
10.	Магнитная стрелка под участком цепи (вариант 1)	3 вид — анализ	сложное	3 Б.	Отработка навыка определения положения магнитной стрелки в заданной точке магнитного поля проводника с током (точка под проводником).
11.	Магнитная стрелка над участком цепи (вариант 2)	3 вид — анализ	сложное	3 Б.	Отработка навыка определения положения магнитной стрелки в заданной точке магнитного поля проводника с током (точка над проводником).
12.	Магнитная стрелка под участком цепи (вариант 2)	3 вид — анализ	сложное	3 Б.	Отработка навыка определения положения магнитной стрелки в заданной точке магнитного поля проводника с током (точка под проводником).

Действие электрического тока

Наличие тока в электроцепи всегда проявляется каким-либо действием. Например, работа при конкретной нагрузке или какое-то сопутствующее явление. Следовательно, именно действие электротока говорит о его присутствии как таковом в той или иной электроцепи. То есть, если работает нагрузка, то ток имеет место быть.

Известно, что электрический ток вызывает различного рода действия. Например, к таковым относятся тепловые, химические, магнитные, механические или световые. При этом различные действия электрического тока способны проявлять себя одновременно. Более подробно о всех проявлениях мы расскажем Вам в данном материале.

Тепловое явление

Известно, что температура проводника повышается при прохождении через него тока. В качестве таких проводников выступают различные металлы или их расплавы, полуметаллы или полупроводники, а также электролиты и плазма. Например, при пропускании через проволоку из нихрома электрического тока происходит ее сильное нагревание. Данное явление используют в приборах нагрева, а именно: в электрических чайниках, кипятильниках, обогревателях и т.п. Электродуговая сварка отличается самой большой температурой, а именно нагрев электродуги может достигать до 7 000 градусов по Цельсию. При такой температуре достигается легкое расплавление металла.

Количество выделяемой теплоты напрямую зависит от того, какое напряжение было приложено к данному участку, а также от электротока и времени его прохождения по цепи.

Для расчета объемов выделяемой теплоты используется или напряжение, или сила тока. При этом необходимо знание показателя сопротивления в электроцепи, поскольку именно оно провоцирует нагрев из-за ограничения тока. Также количество тепла можно определить при помощи тока и напряжения.

Химическое явление

Химическое действие электротока заключается в электролизе ионов в электролите. Анод при электролизе присоединяет к себе анионы, катод – катионы.

Иными словами, во время электролиза на электродах источника тока происходит выделение определенных веществ.

Приведем пример: в кислотный, щелочной или же солевой раствор опускаются два электрода. После пропускается по электроцепи ток, что провоцирует создание положительного заряда на одном из электродов, на другом – отрицательного. Ионы, которые находятся в растворе, откладываются на электроде с иным зарядом.

Химическое действие электротока применяется в промышленности. Так, используя данное явление, осуществляют разложение воды на кислород и водород. Кроме того, при помощи электролиза получают металлы в их чистом виде, а также осуществляют гальваническое покрытие поверхности.

Магнитное явление

Электрический ток в проводнике любого агрегатного состояния создает магнитное поле. Иными словами, проводник при электрическом токе наделяется магнитными свойствами.

Таким образом, если к проводнику, в котором протекает электроток, приблизить магнитную стрелку компаса, то та начнет поворачиваться и займет к проводнику перпендикулярное положение. Если же на сердечник из железа намотать данный проводник и пропустить сквозь него постоянный ток, то данный сердечник примет свойства электромагнита.

Природа магнитного поля всегда заключается в наличии электрического тока. Объясним: движущиеся заряды (заряженные частицы) образуют магнитное поле. При этом токи противоположного направления отталкиваются, а одинакового направления – притягиваются. Данное взаимодействие обосновано магнитным и механическим взаимодействием магнитных полей электротоков. Выходит, что магнитное взаимодействие токов первостепенно.

Магнитное действие применяется в трансформаторах и электромагнитах.

Световое явление

Самый простой пример светового действия – лампа накаливания. В данном источнике света спираль достигает нужной температурной величины посредством проходящего сквозь нее тока до состояния белого каления. Тем самым и излучается свет. В традиционной лампочке накаливания всего лишь пять процентов всей электроэнергии расходуется на свет, остальная же львиная доля преобразуется в тепло.

Более современные аналоги, например, люминесцентные лампы наиболее эффективно преобразуют электроэнергию в свет. То есть, около двадцати процентов всей энергии лежит в основе света. Люминофор принимает УФ-излучение, идущее от разряда, что возникает в ртутных парах или в инертных газах.

Самая эффективная реализация светового действия тока происходит в светодиодных источниках света. Электрический ток, проходя через pn-переход, провоцирует рекомбинацию носителей заряда с излучением фотонов. Лучшими led излучателями света являются прямозонные полупроводники. Изменяя состав данных полупроводников, возможно создание светодиодов для различных световых волн (разной длины и диапазона). Коэффициент полезного действия светодиода достигает 50 процентов.

Механическое явление

Напомним, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Все магнитные действия преобразуются в движение. Примером служат электрические двигатели, магнитные подъемные установки, реле и др.

В 1820 году Андре Мари Ампер вывел известный всем «Закон Ампера», который как раз описывает механическое действие одного электротока на другой.

Данный закон гласит, что параллельные проводники с электрическим током одинакового направления испытывают притяжение друг другу, а противоположного направления, наоборот, отталкивание.

Также закон ампера определяет величину силы, с которой магнитное поле воздействует на небольшой отрезок проводника с электротоком. Именно данная сила лежит в основе функционирования электрического двигателя.

Статьи по теме:

Действие электрического тока

Тепловое явление

Химическое явление

Иными словами, во время электролиза на электродах источника тока происходит выделение определенных веществ.

Магнитное явление

Магнитное действие применяется в трансформаторах и электромагнитах.

Световое явление

Механическое явление

Статьи по теме:

Конспект «Постоянный электрический ток» — УчительPRO

«Постоянный электрический ток.
Действие электрического тока»

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).

При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.

Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.

На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Источник тока

Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.

В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.

Действие электрического тока

Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.

Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.

Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.

Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).

Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».

Следующая тема: «Сила тока. Напряжение»

Действие магнитного поля на ток

В § 10-а мы рассмотрели опыт, где магнитное поле проводника с током действовало на магнит – стрелку компаса. Возникает вопрос: а будет ли существовать обратное явление – будет ли магнит воздействовать на проводник с током? Проделаем опыт.

Посмотрите на рисунок. В начале опыта провод свисает свободно (рис. «а»). Если же концы провода присоединить к источнику тока, соблюдая расположение «+» и «–», то провод втягивается внутрь магнита (рис. «б»). Поменяв местами подключение «+» и «–», мы обнаружим, что провод выталкивается из промежутка между полюсами магнита (см. рис. ниже).

Вместо дугообразного магнита в этом опыте можно взять два полосовых магнита или два электромагнита. Важно лишь, чтобы проводник с током находился в промежутке между их полюсами, где магнитное поле является наиболее сильным. Иначе говоря, магнитное поле всегда действует силой на проводник с током. Для определения направления силы есть правило.

Если левую руку расположить в магнитном поле так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по току, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник – гласит правило левой руки. Поясним использование этого правила и проиллюстрируем его рисунком.

Силовые линии магнитного поля между полюсами магнита будут направлены от северного полюса к южному (см. § 10-а). Именно такое направление укажет магнитная стрелка, помещённая в пространство между полюсами. Значит, чтобы линии входили в ладонь, необходимо отвернуть её от себя, причём четырьмя пальцами вверх – по направлению тока. Тогда отогнутый большой палец укажет, что проводник будет смещаться вправо, что мы и наблюдаем в этом опыте.

Немного усложним опыт. Вместо проводника в виде гибкого провода возьмём проволоку, согнутую в виде жёсткой рамки. Концы проволоки упрём в металлические «чашечки», подключенные к источнику тока так же, как и в случае с гибким проводом: «+» сверху (см. рис. «б»). Расположение магнита оставим прежним: северный полюс на дальнем плане справа.

Если сначала рамка расположена так, как на рисунке «в», то после включения тока (рис. «г») рамка начнёт поворачиваться, пока не займёт положение, показанное на рисунке «д».

Но если в момент подхода рамки к положению «д» ток выключить, то, продолжая двигаться, рамка самостоятельно довернётся в положение «в». Теперь, если снова включить ток, рамка опять, пройдя через положение «г», повернётся в положение «д». И если поступление тока регулировать так, чтобы он включался в момент «в» и выключался в момент «д», рамка будет вращаться непрерывно. Мы получим модель электрического двигателя.

Выясним теперь, почему рамка вообще поворачивается. На рисунке «г» показано, что в левой части рамки ток идёт вниз (и эта часть перемещается «в глубь» магнита), а в правой части рамки ток идёт вверх (и эта часть перемещается наружу). В опыте с гибким проводом было так же: если ток шёл вниз, то провод втягивалтся внутрь магнита, как и двойная сторона рамки. Если же полярность подключения провода меняли, и ток шёл вверх, то провод выталкивалтся наружу, как и одинарная сторона рамки.

Правило левой руки тоже показывает, что на противоположные стороны рамки с током, находящейся в магнитном поле, действуют противоположно направленные силы, вращающие рамку.

Что такое магнитное действие электрического тока

Вы знаете, что магниты могут притягивать определенные вещества, например, железо. До сих пор вы изучали электричество и магнетизм отдельно. Однако знаете ли вы, что электричество и магнетизм тесно связаны? Чтобы понять это, выполните следующие действия.

Мероприятие

Цель: Увидеть магнитный эффект тока, проходящего через провод (требуется наблюдение взрослых).
Необходимые материалы: 1.Ячейка 5 В, два куска изолированного провода, небольшой магнитный компас и изоляция / клейкая лента.
Метод:

Снимите изоляцию с двух концов обоих проводов.
Подсоедините один конец одного из проводов к отрицательной клемме ячейки. Закрепите соединение изоляционной / липкой лентой.
Подсоедините один конец другого провода к положительной клемме ячейки. Закрепите соединение изоляционной лентой.
Поместите магнитный компас возле провода.
Следите за стрелкой магнитного компаса и коснитесь свободных концов проводов, подключенных к положительной и отрицательной клеммам ячейки.

Наблюдение: Когда провод касается положительного вывода ячейки, стрелка магнитного компаса отклоняется (перемещается).
Заключение: Это связано с тем, что, когда ток проходит через провод, он ведет себя как магнит и поэтому отклоняет магнитную стрелку компаса.
Примечание: Соблюдайте меры предосторожности, указанные на стр. 182 при выполнении этого задания.

В приведенном выше упражнении мы видели, что проводник с током ведет себя как магнит. В результате он может отклонить магнитную стрелку.
Оберните проволокой кусок мягкого железа (известный как сердечник). Когда через провод пропускается электрический ток, железная деталь ведет себя как магнит. Магнит, изготовленный с использованием такой конструкции, называется электромагнитом . Соленоид — это устройство, которое можно использовать в качестве электромагнита.Он сделан из длинного провода, который много раз наматывался (обычно вокруг полого металлического сердечника) в плотно упакованную катушку, он имеет форму длинного цилиндра.

Рис. Применение магнитного эффекта тока

Люди также спрашивают

Activity

Цель: Сделать электромагнит (требуется наблюдение взрослых) и показать, что он притягивает железо.
Необходимые материалы: 1.Ячейка 5 В, железный гвоздь, английская булавка и кусок провода (с одним толстым проводом).
Метод:

Возьмите кусок провода и снимите изоляцию с двух концов.
Намотайте проволоку на железный гвоздь.
Подключите два конца провода к двум клеммам электрического элемента. Это электромагнит.
Поднесите это ближе к английской булавке.

Наблюдение: Английская булавка притягивается к железному гвоздю.
Заключение: Прохождение электрического тока в катушке, намотанной вокруг металлической детали, делает железную деталь магнитной.

Сила электромагнита зависит от количества витков провода вокруг сердечника и величины тока, проходящего через него. Чем больше количество витков, тем больше будет магнитный эффект. Железный гвоздь притягивает большее количество английских булавок, когда наматывается катушкой с большим числом витков. Что будет, если отключить ток, проходящий через катушку? Железо утратит свой магнитный эффект , т.е.е., он перестанет вести себя как магнит и, следовательно, не будет притягивать английскую булавку.

Больше магнитного эффекта за счет большего количества витков

Activity

Цель: Изучить поведение электромагнита при отключении тока (требуется наблюдение взрослых).
Необходимые материалы: Электромагнит, железные опилки, провода, картон и элемент для карандашей.
Метод:

Возьмите электромагнит. Присоедините свободные концы провода к клеммам карандашной ячейки.
Возьмите картон и присыпьте его железными опилками.
Теперь поднесите электромагнит к железным опилкам. Притягиваются ли опилки к электромагниту?
Теперь удалите карандашную ячейку из схемы.

Наблюдение: Опилки падают.
Вывод: Электромагнит теряет магнитное действие при удалении источника электрического тока.

Магнитные эффекты электрического тока

ПРОГНОЗ

Эта глава посвящена в основном магнитному полю, и вся программа охватывает следующие разделы.

Магнитное поле и силовые линии магнитного поля
Магнитное поле вокруг прямого проводника с током
Магнитное поле токоведущей круглой катушки
Магнитное поле, создаваемое током в соленоиде
Электромагнит и постоянный магнит
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле
Электродвигатель
Электромагнитная индукция.
Постоянный и переменный ток
Электрогенератор
Перегрузка и короткое замыкание.

ОБЪЯВЛЕНИЕ ПРЕДМЕТА

Магнитный компас: Это компактная магнитная игла, которая поворачивается в центре небольшой латунной коробки со стеклянной крышкой. Используется для

Чтобы найти магнитное направление север-юг.
Найти направление магнитного поля на месте и
Для проверки полярности магнита.

Магнитное поле: Это пространство вокруг магнита, в котором может быть обнаружена сила притяжения или отталкивания, создаваемая магнитом. У него есть и величина, и направление.

Источники магнитных полей:

Магниты естественные и искусственные
Электромагниты
Провод, катушка и соленоид, несущий ток.
Земля.

Линии магнитного поля: Это изогнутые траектории, вдоль которых располагаются железные опилки из-за силы, действующей на них в магнитном поле стержневого магнита.

Магнитный поток: Это количество магнитных силовых линий, проходящих через данную область. Свойства силовых линий магнитного поля:

Они начинаются с северного полюса магнита и заканчиваются на его южном полюсе (вне магнита).
Они всегда перпендикулярны поверхности магнита.
Они имеют замкнутую непрерывную кривую.
Две силовые линии не пересекаются. Если они пересекаются в одной точке, это будет означать, что стрелка компаса будет указывать в двух направлениях в этой точке, что невозможно.
Они приближаются друг к другу около полюсов магнита, но в других местах они сильно разнесены.

ЗАКАЗАННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ:

Эрстед заметил, что когда магнитную стрелку подносят к проводнику с током, он заметил, что она претерпевает отклонение, а также заметил, что когда направление тока меняется на противоположное, направление отклонения также меняется на противоположное.

Наблюдение: —

Северный полюс стрелки отклоняется на восток, когда ток течет с севера на юг. (Рис. А)
Северный полюс иглы отклоняется к западу, когда течение течет с юга на север. (Рис. Б)
При отсутствии тока игла не прогибается.

Направление отклонения определяется правилом плавания Ампера.

Правило плавания Ампера: —
Представьте себе человека, плывущего по проводнику, направление тока — от ног к голове, глядя на иглу, а затем северный полюс иглы отклоняется к его левой руке.

Магнитное поле вокруг прямого проводника, по которому проходит ток: —
Магнитное поле вокруг прямого проводника с током состоит из концентрических окружностей магнитных силовых линий, лежащих в плоскости, которая находится под прямым углом к проводнику с током.Проводник действует как центр магнитных силовых линий. Эти линии сгущаются около проводника и отдаляются друг от друга по мере увеличения расстояния от проводника. Это указывает на то, что магнитное поле рядом с проводником сильнее и ослабевает с увеличением расстояния от проводника.
Величина магнитного поля, создаваемого прямолинейным проводом с током в данной точке, составляет:

прямо пропорционально току, проходящему в проводе, а
Обратно пропорционально расстоянию от этой точки до провода.

Магнитное поле (µo I) / (2 π r)
o = проницаемость свободного пространства (постоянная) мГде
I = ток, протекающий через провод
r = радиус круглого провода
Направление магнитного поля указано справа — Правило большого пальца руки.
* Диаграмма — см. Учебник NCERT

Правило для большого пальца правой руки: —
Если в правой руке держать прямой провод так, чтобы большой палец указывал вдоль направления тока, то кончики пальца показывают направление магнитного поля или магнитных силовых линий.Это известно как правило большого пальца правой руки. Это правило также называется правилом штопора Максвелла.

Согласно этому правилу, если мы представим себе, что винт с правой резьбой, расположенный вдоль проводника с током, вращается так, что винт движется в направлении потока тока, то вращение большого пальца дает направление магнитных силовых линий.

Магнитное поле, создаваемое круглой катушкой с током: —
Чтобы найти магнитное поле, создаваемое катушкой, оно удерживается в вертикальной плоскости и проходит через гладкий картон таким образом, чтобы центр (O) катушки лежит на картоне.Через катушку пропускают ток и картон насыпают железной начинкой. Эти железные опилки располагаются по схеме, подобной изображенной на рисунке. (REF TEXT)

Заключение: —

Силовые линии магнитного поля около катушки почти круглые и концентрические.
Силовые линии расположены в одном направлении в пространстве, ограниченном катушкой.
Вблизи центра катушки силовые линии почти прямые и параллельные.
Направление магнитного поля в центре перпендикулярно плоскости катушки.

Величина магнитного поля в центре катушки

Прямо пропорционально току (I), протекающему через него.
Обратно пропорционально радиусу (r) катушки
Прямо пропорционально общему количеству витков (N) в катушке. o I) / (2r) m Магнитное поле, B = (N)

Направление магнитного поля определяется правилом большого пальца правой руки.

Соленоид: Это катушка из множества кольцевых витков изолированного медного провода, плотно намотанного в форме цилиндра.
Магнитное поле, создаваемое током в соленоиде: Магнитное поле, создаваемое токопроводящим соленоидом, аналогично магнитному полю, создаваемому стержневым магнитом, а полярность его концов зависит от направления тока, протекающего через него.

Определение полярности токоведущего соленоида: Поместите его в латунный крючок и подвесьте на длинной нити так, чтобы он свободно перемещался.Поднесите северный полюс стержневого магнита к одному из его концов. В случае, если соленоид движется к стержневому магниту, этот конец соленоида является южным полюсом, а в случае, если соленоид движется от стержневого магнита, этот конец соленоида является его северным полюсом. Аналогичным образом определяется полярность другого конца соленоида.

β Полярность соленоида также может быть определена с помощью правила часов.

Ток против часовой стрелки на лицевой стороне соленоида дает северную полярность, а ток по часовой стрелке дает южную полярность.
Силовые линии магнитного поля проходят через соленоид и возвращаются к другому концу, как показано на рисунке. Если токопроводящий соленоид подвешен свободно, он останавливается, указывая на север, а юг действует как подвешенная магнитная игла. Один конец соленоида действует как N-полюс, а другой конец — как S-полюс. Поскольку ток в каждом круговом витке соленоида течет в одном и том же направлении, магнитное поле, создаваемое каждым поворотом соленоида, складывается, создавая сильное результирующее магнитное поле внутри соленоида.Сила магнитного поля, создаваемого токопроводящим соленоидом, зависит от:

β α Число витков на единицу длины в соленоиде, т.е. B η
β Iα Сила тока в соленоиде, т.е. B
β Тип материала сердечника, из которого изготовлен соленоид B
β o η Iμ Магнитный поле B =

CBSE Магнитные эффекты электрического тока, класс X (г-н Басант)
Идентификатор электронной почты: [адрес электронной почты защищен]

Примечания к редакции для науки Глава 13 — Магнитные эффекты электрического тока (класс 10)

Любое вещество, которое притягивает железо и подобные железу предметы, определяется как магнит.Когда по проводу проходит электрический ток, он ведет себя как магнит.

Свойства магнита

У каждого магнита есть северный и южный полюса.
Одинаковые полюса отталкиваются друг от друга, а разные полюса притягиваются.
Свободно подвешенный магнит выровняется в направлении север-юг, северной ориентации северной стороны магнита и южной ориентации южной стороны магнита.

Характеристики линий поля

Силовые линии выходят из северного полюса и заканчиваются южным полюсом магнита.
Это замкнутые кривые.
Линии поля никогда не пересекаются.
Направление силовых линий магнитного поля внутри магнита — с юга на север.

Магнитное поле стержневого магнита

Держите большой, указательный и средний пальцы правой руки под прямым углом друг к другу.Если указательный палец направлен в направлении магнитного поля, а большой палец указывает в направлении движения проводника, то направление индуцированного тока указывается средним пальцем

Магнитное поле, создаваемое током через прямой проводник

Они представлены в виде концентрических окружностей в каждой точке проводника.

Рис.1. Магнитное поле через прямой провод

Направление поля задается компасом или правилом для большого пальца правой руки.Кружки всегда ближе к проводнику.

Магнитное поле, создаваемое током через кольцевую петлю

Он представлен концентрическим кругом в каждой точке. По мере удаления круг будет становиться все больше и больше.

Рис.2. Магнитное поле

Факторы, влияющие на магнитное поле круглого токонесущего проводника —

Магнитное поле прямо пропорционально току, проходящему через проводник.
Магнитное поле обратно пропорционально расстоянию от проводника.
Магнитное поле прямо пропорционально количеству витков в катушке.

Соленоид

Соленоид — это катушка из множества кольцевых витков изолированного медного провода, плотно свернутого в цилиндрическую форму. Магнитное поле соленоида аналогично стержневому магниту.

Рис.3. Токоведущий соленоид

Электромагнит

Это временный магнит, который легко размагничивается. В этом типе магнита можно менять полярность и изменять силу. Они очень сильный магнит.

Постоянный магнит

Эти типы магнитов нелегко размагнитить. Это слабые магниты, в которых нельзя поменять полярность.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

Смещение в проводнике является максимальным, когда направление тока перпендикулярно направлению магнитного поля.

Правило для левой руки Flemings

Вытяните большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы они были перпендикулярны друг другу. Если указательные пальцы находятся в направлении магнитного поля, средний палец — в направлении тока, тогда большой палец будет указывать в направлении движения или силы.

Рис.4. Правило левой руки Флеминга

Электродвигатель

Вращающееся устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Рис. 5. Электродвигатель

Он состоит из прямоугольной катушки ABCD, изготовленной из изолированного медного провода. Катушка расположена перпендикулярно магнитному полю. Имеются две проводящие щетки X и Y. Ток в катушке ABCD поступает через батарею источника через проводящую щетку X и возвращается обратно в батарею через щетку Y. Разъемное кольцо действует как коммутатор. Он меняет направление тока в коммутаторе.

Применяются в электромагнитах в качестве сердечника из мягкого железа, на который намотана катушка.Якорь увеличивает мощность двигателя.

Электромагнитная индукция

Когда мы помещаем проводник в изменяющееся магнитное поле, в нем индуцируется ток. Этот ток известен как наведенный ток , а явление известно как Электромагнитная индукция .

Правило Fleming для правой руки

Рис.6. Линейка правой руки Флеминга

Держите указательный, средний и большой пальцы правой руки под прямым углом друг к другу.Указательный палец указывает направление магнитного поля, большой палец указывает направление движения проводника, а средний палец указывает направление индуцированного тока.

Электрогенератор

Electric Energy — это устройство, используемое для преобразования механической энергии в переменную форму электрической энергии. Он состоит из изолированного медного провода, магнитных полюсов, разрезных колец, оси, щеток и гальванометра.

Рис.7. Электрогенератор

Ось вращается так, что она движется по часовой стрелке, т.е. AB движется вверх, а CD движется вниз.После полуоборота CD начинает двигаться вверх, а AB — вниз. После каждой половины оборота ток меняет свое направление, это называется переменным током.

Бытовые электрические цепи

В бытовых электрических цепях используются провода трех видов.

Разница потенциалов между живым и нулевым проводом в Индии составляет 220 В.

Электрический предохранитель

Это предохранительное устройство для ограничения тока в электрической цепи.
Предотвращает повреждение электроприборов.
Изготовлен из материала с высоким удельным сопротивлением и низкой температурой плавления.

Особенности курса

728 Видео лекции
Примечания к редакции
Документы за предыдущий год
Интеллектуальная карта
Планировщик исследований
Решения NCERT
Обсуждение форума
Тестовая бумага с видео-решением

Электрические токи — Магнитные поля

Хорошо, давайте поговорим о взаимодействии токов и магнитных полей.Теперь есть два основных типа взаимодействия. У нас есть только ток, который находится в магнитном поле, он почувствует силу на нем, и это первое, о чем мы собираемся поговорить, а затем есть еще одно взаимодействие, которое связано с магнитным полем, которое сам ток будет генерировать, и это отдельно мы поговорим об этом через минуту.

Хорошо, во-первых, если у меня есть ток в магнитном поле, ток скважины состоит из группы движущихся зарядов, и каждый раз, когда у меня есть движущиеся заряды в магнитном поле, у меня есть сила, поэтому давайте посмотрим, можем ли мы связать эту силу с током, используя закон силы Лоренца.Итак, у нас будет пересечение магнитного поля скорости заряда, теперь мы собираемся думать о скорости как о смещении во времени, а затем мы собираемся сдвинуть это изменение во времени под зарядом. Что хорошо в этом, так это то, что заряд во времени является током, что говорит нам о том, что магнитная сила, действующая на ток в магнитном поле, — это просто ток, умноженный на смещение, пересекающее магнитное поле. Хорошо, давайте посмотрим на это в действии. Хорошо, магнитное поле направлено в доску, у нас есть ток, идущий вверх, и я хочу знать, в каком направлении сила. Хорошо, это дельта смещения, который представляет собой вектор, который просто идет вверх, откуда он входит, туда, где он выходит из поля, как будто сила находится слева.

Хорошо, а теперь предположим, что у меня такая ситуация, когда провода изогнуты? Ну, дельта r, пока магнитное поле является постоянным, дельта r — это вектор, откуда ток входит в поле до места выхода, так что это будет дельта r, поэтому теперь все, что мне нужно сделать, это положить большой палец в направлении дельты. r мои пальцы направлены в направлении магнитного поля, а ладонь указывает в направлении силы. Обратите внимание, что это своего рода комбинация между тем, что было бы, если бы у меня было ровно вверх, и тем, что было бы, если бы у меня было горизонтальное, хорошо, это комбинация, это векторная сумма этих двух вещей.

Хорошо, давайте рассмотрим пример задачи, поэтому я хочу знать силу, действующую на 50-сантиметровый провод, по которому проходит ток 5 А вверх в магнитном поле 3 Тесла за пределами платы. Хорошо, сначала давайте проложим направления, 3 Tesla из платы вот так? У меня ток идет вверх, так же как и большой палец, пальцы — сила направлена вправо, хорошо. Что это за сила? Ну, f равно ILB, I — ток, L — длина вектора смещения, теперь мы можем использовать это, только если смещение с током и магнитное поле перпендикулярны, иначе нам понадобится часть того, что было перпендикулярно, но большинство из этих проблем уже перпендикулярно, так что мы сделаем текущий.Что это было? 5 ампер, длина составляет 50 сантиметров, но, конечно, мы должны работать в единицах СИ, поэтому мы напишем точку 5, хорошо? А затем у нас есть магнитное поле 3 Тесла, 5 умноженное на точку 5, это два с половиной, два с половиной, умноженное на 3, о боже, три четверти — это 75 центов, так что это будет 7 с половиной ньютонов, и вот. это просто то, о чем иногда вам, возможно, придется беспокоиться, это то, что, возможно, ток не перпендикулярен магнитному полю, и тогда вам просто нужно взять компонент, который перпендикулярен, должно быть нелегко, не должно быть трудно найти .

Хорошо, давайте посмотрим на второй случай. Теперь это несколько иное, поэтому сила между проводами. Хорошо, если у меня здесь два провода, по которым течет ток в одном направлении, они будут прикладывать силу друг к другу, почему? Ну, потому что этот верхний провод генерирует магнитное поле только потому, что по нему проходит ток, так что магнитное поле я получаю, используя правило правой руки, хватая этот верхний провод большим пальцем в направлении тока, а затем смотрите вниз под проводом, магнитное поле направлен в плату, так что это означает, что этот ток, поскольку он находится в непосредственной близости от этого другого провода, находится в магнитном поле, которое направлено в плату, хорошо, бум, бум, посмотрите на это! На нижний провод действует сила, направленная вверх, так что, если два тока идут в одном направлении, магнитная сила между ними будет притягивающей.Теперь мы можем понять это непосредственно из диаграммы магнитного поля, поэтому вот два тока, которые выходят из платы, это означает, что они в одном направлении, верно? Итак, я хочу знать, как выглядит магнитное поле у обоих этих парней. Итак, мы идем, я возьму провод, указав большим пальцем в направлении тока, и мои пальцы будут магнитным полем, так что это магнитное поле будет вращаться вот так.

А что здесь? То же самое, хорошо, есть следующая строка, следующая строка, и теперь, когда мы становимся больше, замечаем, что в середине это магнитное поле уменьшается, а это повышается, так что это позволит им отменить, так что мы получаем эти странные, выглядящие в очках фигуры хорошо, а затем мы продолжим и посмотрим, что вы можете видеть притяжение на этой диаграмме, потому что магнитное поле может сокращаться в середине, а это означает, что оно не так сильно в середине, хорошо? И это хорошо соберет два провода вместе.Давайте посмотрим, что произойдет, когда мы изменим направление этого нижнего течения, так что теперь оно идет другим путем. Магнитное поле остается прежним, потому что я не менял верхний ток, но теперь посмотрите, что происходит: когда я выполняю правило правой руки, я получаю отталкивающую силу, поэтому, когда два тока идут в противоположном направлении, я становлюсь отталкивающим, так что это как-то странно, потому что с зарядами противоположности притягиваются, но с токами противоположности отталкиваются, так что давайте посмотрим, как это происходит, у нас здесь отталкивание, и давайте посмотрим, что линия магнитного поля собирается показать нам, поэтому мы вышли из, хорошо давайте их нарисуем.Теперь я должен вставить большой палец, это означает, что у меня будут круги, но они пойдут в другую сторону, в середине заметьте, что они больше не могут отменить, так что это означает, что пока я продолжаю рисовать их они собираются распространиться по другую сторону, но я больше не могу изобразить эту фигуру в очках, потому что теперь все эти силовые линии направлены одинаково, так что это нормально отталкивание, поэтому, когда токи направлены в противоположных направлениях, они отталкиваются в том же направлении, которое они привлекают, именно это и привело к определению ампер.

Ампер — это количество тока, протекающего через два одинаковых очень длинных провода, которые параллельны друг другу на расстоянии одного метра, и будет ощущаться сила, умноженная на 2 раза 10 до минус 7 Ньютонов, и это на самом деле определение ампера, что-то странно, но это взаимодействие токов с магнитными полями.

CBSE Class 12 Объективные вопросы по физике магнитных эффектов электрического тока

CBSE Class 12 Объективные вопросы по физике магнитных эффектов электрического тока.См. Примечания к экзамену, которые вы можете использовать для подготовки и проверки к экзаменам. Эти заметки помогут вам быстро пересмотреть концепции и получить хорошие оценки.

1. Две круглые катушки P и Q сделаны из одинаковых проводов, но радиус Q в два раза больше, чем у P. Каким должно быть значение разности потенциалов на них, чтобы магнитная индукция в их центре могла быть одинаковой?
(а) V _q = 2 V _p (б) V _q = 3V _P (в) V _q = 4V _p (d) V _q = 1/4 V _p

2.Радиус круговой траектории или спиральной траектории, за которой следует испытательное изменение q0, движущееся в магнитном поле B со скоростью v, составляет
(a) mv sin θ / q ₀ B (b) mv cos θ / q ₀ B (c) mv / q ₀ B (d) mv tan θ / q ₀ B

3. Электрон, ускоренный через разность потенциалов V, входит в однородное поперечное магнитное поле и испытывает силу F. Если Ускоряющий потенциал увеличивается до 2 В, электрон в том же магнитном поле будет испытывать силу:
(a) F (b) F / 2 (c) √2 F (d) 2F

4.Заряженная частица, движущаяся в однородном магнитном поле, проникает через слой свинца и теряет половину своей кинетической энергии. Отношение радиуса кривизны к исходному радиусу составляет
(a) 2 (b) √2 (c) 1/2 (d) 1 / √2

5. Два прямых длинных проводника AOB и COD перпендикулярны друг друга и переносят токи i1 и i2. Величина магнитной индукции в точке P на расстоянии d от точки O в направлении, перпендикулярном плоскости ABCD, составляет

6.Ток 10 ампер. течет по проводу длиной 1,5 метра. На него действует сила в 15 ньютонов, когда он находится в однородном магнитном поле в 2 тесла. Угол между магнитным полем и направлением тока составляет
(a) 30º (b) 45º (c) 60º (d) 90º

7. Частица, несущая заряд, в 100 раз превышающий заряд электрона, есть вращается в секунду по круговой траектории радиусом 0,8 м. Значение магнитного поля, создаваемого в центре, будет (постоянная проницаемости μ0).
(а) 10 ^–7 / μ0 (б) 10 ^–17 μ0 (в) 10 ^–6 / μ0 (г) 10 ^–7 μ0

8. Магнитное поле на центр O кругового участка токоведущего провода радиусом 3 см равен
(a) (8π / 3) × 10 ^–5 T (б) (8π / 3) × 10 ^–4 T π / 2 (в) 2π × 10 ^–5 T (г) 2π × 10 ^–4 T

9. По длинному проводу проходит ток 20 А вдоль оси соленоида. Поле соленоида 4 мТл.результирующее поле в точке 3 мм от оси соленоида составляет
(a) 1,33 м Tл (b) 4,2 мТл (c) 2,1 м T (d) 8,4 м Tл

10. Круглая катушка с током имеет радиус R.Расстояние от центра катушки на оси, где магнитная индукция будет (1/8) части ее значения в центре катушки, составляет
(a) √3R (b) 2R √3 ( c) R / √3 (d) 2R / √3

11. Протон, движущийся с постоянной скоростью, проходит через область пространства, не изменяя своей скорости.Если E и B представляют электрическое и магнитное поля соответственно, определите неправильное утверждение
(a) E = 0, B = 0 (b) E = 0, B ≠ 0 (c) E ≠ 0, B = 0 (d) E ≠ 0, B ≠ 0

12. Электрон движется по окружности радиуса r в однородном магнитном поле B. Внезапно поле уменьшается до B / 2. Радиус круга теперь становится
(a) r / 2 (b) r / 4 (c) 2 r (d) 4 r

13. Протон и α-частица, движущиеся с одинаковой кинетической энергией. , нормально входит в однородное магнитное поле.Радиусы их круговых траекторий будут в соотношении
(a) 1: 1 (b) 2: 1 (c) 1: 2 (d) 4: 1

14. Пучок электронов ускоряется через разность потенциалов V. Затем он нормально проходит через однородное магнитное поле, где движется по окружности радиуса r. Он бы двигался по кругу радиуса 2r, если бы его первоначально ускоряли через разность потенциалов
(a) √2 V (b) 2V (c) 2 √2 V (d) 4V

15. Протон и α-частица, ускоренная той же разностью потенциалов, нормально входит в область однородного магнитного поля.Если радиус протонной орбиты равен 10 см, то радиус α-орбиты равен
(а) 10 см (б) 10 √2 см (в) 20 см (г) 5 √2 см

16 Две частицы X и Y, имеющие равный заряд, после ускорения через одну и ту же разность потенциалов входят в область однородного магнитного поля и описывают круговые траектории радиусов R ₁ и R ₂ соответственно. Отношение массы X к массе Y составляет
(a) (R ₁ / R ₂) ^1/2 (b) R ₂ / R ₁ (c) (R ₁ / R ₂) ² (d) R ₁ / R ₂

17.Частица с зарядом + q и массой m, движущаяся под действием однородного электрического поля Ei и однородного магнитного поля B k, следует по траектории от P к Q, как показано на рисунке. Скорости в точках P и Q равны v i и –2v j. Какое из следующих утверждений неверно?

Пожалуйста, нажмите на ссылку ниже, чтобы загрузить файл pdf для CBSE Class 12 Physics Magnetic Effects of Electric Current Objective Questions

Electricity, Magnetism, & Electromagnetism Tutorial

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript.Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

Этот ресурс предоставляет введение в различные темы электричества и магнетизма, которые могут оказаться полезными при проведении фоновых исследований для ваших проектов Science Buddies. Информации, которую вы найдете здесь, достаточно для большинства проектов на веб-сайте Science Buddies, но помните, что по каждой теме написано целых книг, написано, так что есть еще много чего узнать! Мы рекомендуем читать вкладки по порядку, но вы можете щелкнуть по ссылкам ниже, чтобы сразу перейти к определенной теме:

кредитов

Сабина де Брабандере, доктор философии, и Бен Финио, доктор наук, приятели науки

цитировать эту страницу

MLA Стиль

«Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму.» Друзья науки ,
1 апреля 2020,
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/references/electricity-magnetism-electromagnetism-tutorial.
По состоянию на 8 ноября 2020 г.

APA Style

(2020, 1 апреля).
Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму.
Извлекаются из
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/references/electricity-magnetism-electromagnetism-tutorial

Краткое изложение основных концепций

Заряженные частицы — часто отрицательно заряженные электроны — являются основой электричества.
Статическое электричество — это дисбаланс положительных и отрицательных электрических зарядов.
Противоположные электрические заряды притягиваются; как электрические заряды отталкивают.

Что такое статическое электричество?

Мы ежедневно используем электрические устройства, такие как фонари, радио, сотовые телефоны, компьютеры и многое другое. Подключаем устройства к розетке в стене или заряжаем их батареями, но что такое электричество?

Чтобы понять электричество, нам сначала нужно изучить атом. Атомы — это основные строительные блоки всего материала вокруг нас. Они состоят из нескольких более мелких частиц, включая электроны. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и вращаются вокруг положительно заряженного ядра (состоящего из положительно заряженных протонов и нейтронов , которые не несут электрический заряд) внутри атомов. Иногда эти электроны убегают и перемещаются между атомами или захватываются другим атомом.Эти убегающие электроны — основа электричества, которое вы используете каждый день.

Некоторые материалы, называемые изоляторами , очень плотно удерживают свои электроны. Электроны нелегко перемещаются через эти материалы. Примеры: пластик, дерево, ткань, стекло или сухой воздух. Хотя электроны обычно не проходят легко через изоляторы, все еще возможно передать некоторые электроны от одного изолятора к другому. Один из распространенных способов — потереть два таких предмета вместе. Это создает дисбаланс положительных и отрицательных зарядов, называемый статическим электричеством , .Если вы когда-либо терли воздушный шар о ткань, а затем прикрепляли его к стене, это пример статического электричества. Стоячие волосы в холодный зимний день — еще один пример статического электричества. Статическое электричество может накапливаться практически на любом материале.

Но знаете ли вы , почему воздушный шар прилипает к стене, или у вас волосы дыбом? Это происходит потому, что они становятся электрически заряженными, а электрические заряды толкают и притягивают друг друга. Противоположные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются или притягиваются друг к другу.Подобные заряды (два положительных или два отрицательных) отталкиваются или отталкиваются друг от друга. На рисунке 1 ниже показано это взаимодействие между зарядами.

Рисунок 1. Одинаковые электрические заряды (два положительных заряда, как показано, или два отрицательных заряда) отталкивают друг друга или отталкивают друг друга, в то время как противоположные заряды (положительный и отрицательный заряды) притягиваются или притягиваются друг к другу. . На этом рисунке показано, что произошло бы, если бы у вас были электрически заряженные шары, свисающие с веревок.Два одинаковых заряда отталкиваются друг от друга, а два противоположных заряда тянутся друг к другу.

Нечто подобное изображенному на Рисунке 1 (левое изображение) происходит, когда волосы встают дыбом на вашей голове, когда вы снимаете шерстяную шляпу в холодный зимний день. Трение волос о шерстяную шляпу электрически заряжает волосы, и, поскольку все волосы имеют «одинаковые» электрические заряды, они отталкиваются друг от друга, поэтому волосы удаляются как можно дальше друг от друга.

Иногда, когда на объекте накапливается достаточно статического электричества, возникает искра .Искра — это когда электроны прыгают по воздуху от одного ближайшего объекта к другому. Это называется статическим разрядом . Вы можете почувствовать крошечный статический разряд, шаркая ногами по ковру, а затем коснувшись металлического предмета, например дверной ручки. Молния — это пример очень большого (и опасного!) Статического разряда.

Техническая нота

Атом, теряющий один или несколько электронов, имеет больше положительных зарядов, чем отрицательных (электронов). Следовательно, он заряжен положительно.Атом, захватывающий один или несколько дополнительных электронов, получает полный отрицательный заряд. Заряженные атомы называются ионами .

Проекты по смежным наукам

Щелкните здесь, чтобы увидеть список научных проектов, связанных со статическим электричеством

Сводка основных понятий

Переменная	Описание	Единица	Аббревиатура единицы
Плата	Количество электроэнергии; может быть положительным, отрицательным или нейтральным.	Кулон	C
Ток	Количество электрического заряда, проходящего через область в секунду.	Ампер	A
Напряжение	Также называется электрическим потенциалом или «давлением», которое заставляет ток течь.	Вольт	В
Сопротивление	Насколько трудно току течь.	Ом	Ом
Мощность	Энергия, потребляемая или производимая в секунду.	Вт	Вт

Что такое электрический ток?

Заряженные частицы — основа всего электричества. Статическое электричество — это явление, вызванное электрическими зарядами в состоянии покоя. В этом разделе вы изучите, что происходит, когда заряженные частицы начинают двигаться вместе. В этом разделе мы обсудим электроны как носители заряда, но другие типы частиц также могут нести заряд. Для получения более подробной информации см. Техническое примечание: Направление электрического тока.

У некоторых материалов есть несколько слабо удерживаемых электронов, которые могут покидать один атом и легко перемещаться между другими атомами. Мы называем эти электроны свободными электронами . Материалы с большим количеством свободных электронов называются проводниками . Они хорошо проводят электричество. Большинство металлов являются хорошими проводниками.

Когда множество свободных электронов движется в одном направлении, мы называем это электрическим током . Величина электрического тока относится к количеству электронов (точнее, их зарядов), проходящих через площадь за единицу времени, и измеряется в ампер (обычно называемых ампер для краткости , сокращенно с заглавной буквы A) .Один ампер равен примерно 6,24 × 10 ¹⁸ или 6,24 квинтиллионов электронов, проходящих за 1 секунду. Поскольку у электрона такой небольшой заряд, кулонов (сокращенно с заглавной буквы C) часто используется как единица заряда для 6,24 × 10 ¹⁸ электронов. В этих устройствах 1 ампер (A) — это ток, создаваемый 1 кулоном (C), проходящим в секунду. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, а кулон означает положительный заряд, необходимы некоторые определения. Они объяснены в Техническом примечании: Направление электрического тока.

Точно так же, как воде требуется перепад давления, чтобы начать течь, электронам требуется разность электрических потенциалов , чтобы заставить их двигаться. Разность потенциалов дает энергию для движения. Разность электрических потенциалов также называется , напряжение и измеряется в вольт (сокращенно V). В случае воды, давление может быть создано с помощью водяного насоса или разницы в высоте, как и водонапорной башни. В электронике аккумуляторы и электрические генераторы являются обычными источниками напряжения.Наличие двух разных зарядов также создает напряжение; он дает электрическим зарядам течь энергию.

Проводники позволяют току легко проходить через них, и заряды не теряют много энергии при прохождении через эти материалы. Подобно тому, как вода замедляется, когда сталкивается с меньшим участком трубы, электрический ток может встречаться с материалами, через которые труднее пройти. Это препятствие для потока измеряется величиной, называемой сопротивлением , и измеряется в Ом (сокращенно Ом ).Чем выше значение сопротивления, тем больше материал препятствует (или сопротивляется) току и тем больше энергии теряется при прохождении тока через него. Напряжение, ток, который он генерирует, и сопротивление взаимосвязаны; это соотношение теперь известно как закон Ома и утверждает, что напряжение равно току, умноженному на сопротивление, или в форме уравнения:

Уравнение 1:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

Общая электрическая энергия, обеспечиваемая источником, равна сумме заряда, умноженной на напряжение.Источник, обеспечивающий большее напряжение или большее количество зарядов (больше электронов), приведет к доставке большего количества электроэнергии, что, в свою очередь, позволяет ему питать «более тяжелые» электрические устройства или приборы. Техническое примечание: «Потребляемая энергия» объясняет это более подробно.

Техническое примечание: направление электрического тока

Электроны, будучи маленькими и легкими, легко перемещаются и создают основную часть электрического тока, с которым мы сталкиваемся, как ток, получаемый от настенных розеток или производимый большинством батарей.По этой причине мы продолжим обсуждать электричество как поток электронов. Иногда электрический ток создается потоком других заряженных частиц, таких как ионов (атомы, у которых есть чистый электрический заряд из-за недостатка или избытка электронов). Чтобы учесть все вариации, электрический ток более точно определяется как количество электрического заряда, проходящего за единицу времени, независимо от того, какие частицы несут электрический заряд.

Пока что мы описали только сумму текущих.Направление задается знаком (положительным или отрицательным) тока. Обычно положительный электрический ток составляет против направления потока электронов. Это называется обычным током . Это означает, что если вы нарисуете стрелку в направлении, в котором электроны движутся по проводу, обычный ток укажет в противоположном направлении.

Рис. 2. Если ток представлен положительной переменной (называемой обычным током , представленной красной стрелкой на рисунке), стрелка, представляющая направление тока, будет указывать противоположно движению электроны (обозначены синей стрелкой).

Аккумуляторы часто используются в качестве источника электрического тока. Батарея имеет положительный полюс, обозначенный символом «+», и отрицательный полюс (хотя «-» — это символ отрицательного полюса, он обычно не печатается на батарее). Отрицательный вывод имеет избыток электронов, что придает ему отрицательный заряд. Эти электроны текут от отрицательного вывода к положительному выводу при наличии проводящего пути, соединяющего их. Направление обычного тока противоположно этому — от положительной клеммы до отрицательной клеммы, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Когда проводящий материал соединяет две клеммы батареи, электроны будут течь от отрицательной клеммы к положительной. Обычный ток будет указывать с положительной клеммы на отрицательную.

Техническое примечание: Потребляемая энергия

Большинство наших приборов указывают, сколько электроэнергии им требуется в секунду, когда они используются. Это называется мощностью , выражается в ваттах, (сокращенно W).Мощность представляет собой количество электроэнергии (или напряжение, умноженное на заряд), потребляемое приборами в секунду, когда они работают. Если вы запишете эти отношения в форме уравнения:

Уравнение 2:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

Уравнение 3:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

Уравнение 4:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

А затем немного измените уравнения (попробуйте это, если вы умеете делать алгебру), вы увидите, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток:

Уравнение 5:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

И эта энергия равна мощности, умноженной на время:

Уравнение 6:

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

Ваш счет за электроэнергию выражает потребление электроэнергии в киловатт-часах.1 киловатт-час означает использование 1000 ватт (Вт) в течение 1 часа (ч). Однако обратите внимание, что электричество, подаваемое в ваш дом по линиям электропередач, составляет переменного тока , что означает, что напряжение и ток изменяются со временем, а не остаются постоянными. Это объясняется в следующем разделе.

Проекты по смежным наукам

Щелкните здесь, чтобы просмотреть список научных проектов, связанных с электрическим током.

Сводка основных понятий

Ток может течь только в замкнутой цепи из проводящего материала.
В постоянном токе (DC) все электроны движутся в одном направлении. В переменном токе (AC) электроны движутся вперед и назад с определенной частотой, измеряемой в герцах (Гц).
Внимание : Никогда не подключайте самодельную электрическую цепь непосредственно к розетке; переменный ток из розетки может серьезно навредить вам.

Как протекает ток: постоянный и переменный ток

В разделе «Текущее электричество» вы узнали об электрическом заряде, токе, напряжении и других связанных темах.Но то, что у вас есть напряжение, не означает, что электрический ток будет течь. Электронам также нужен полный цикл из проводящего материала, называемый замкнутым контуром .

Давайте посмотрим на выключатель света. Когда вы включаете переключатель, он создает путь, по которому проходит электричество, и электроны начинают двигаться, то есть течет электрический ток, и включается свет. Как только вы выключите переключатель, путь прерывается, и электроны больше не могут течь. Выключатель похож на подъемный мост; его включение приводит к опусканию моста, так что электроны могут пересекать (точно так же, как автомобили пересекают мост) и передавать энергию лампочке.

Рис. 4. Иллюстрация того, как электрический ток может проходить через замкнутый контур из проводящего материала (левый рисунок), но прекращает течь при разрыве контура (правый рисунок). На этом рисунке показано, как загорается лампочка при подключении к замкнутой цепи. Обратите внимание, что желтые стрелки показывают направление обычного тока.

Итак, помните, что для протекания электрического тока должен быть замкнутый контур из проводящего материала.Есть два разных способа, которыми электроны могут двигаться через петлю из проводящего материала и создавать электрический ток: постоянный ток и переменный ток.

В случае постоянного тока (сокращенно DC ) электроны всегда движутся по контуру в одном и том же направлении (так что обычный ток также имеет постоянное направление). На рисунке 5 ниже показан постоянный ток или все электроны, движущиеся в одном направлении в проводящем проводе.Все устройства с батарейным питанием, такие как сотовые телефоны и фонарики, работают от постоянного тока. Обратите внимание, что постоянное напряжение создает постоянный ток.

Рис. 5. В случае постоянного тока (DC) свободные электроны всегда вместе движутся в одном направлении. Важно : Эта цифра не в масштабе. Прочтите техническое примечание ниже, чтобы получить более точное описание.

В случае переменного тока ( AC ) электроны перемещаются вперед и назад.На рисунке 6 ниже показана анимация переменного тока. В один момент они все вместе движутся в одном направлении, а в следующий момент они все вместе движутся в противоположном направлении, создавая колеблющийся электрический ток . Одно возвратно-поступательное колебание называется циклом , , а количество циклов, доставляемых за единицу времени, называется частотой . Частота измеряется в герцах (Гц). Один цикл в секунду составляет 1 Гц, десять циклов в секунду — 10 Гц и т. Д.Обратите внимание, что напряжение, создающее этот ток, будет меняться с той же частотой.

Рис. 6. В случае переменного тока (AC) свободные электроны коллективно перемещаются вперед и назад. Помните, что, как и на рисунке 5, этот рисунок не в масштабе. Прочтите техническое примечание ниже, чтобы получить более точное представление.

Линии электропередач подают в наши дома переменный ток. В зависимости от того, в какой стране вы находитесь, переменный ток от розеток обычно составляет 50 или 60 циклов в секунду (Гц).Большинство электроприборов, которые мы «подключаем к стене», работают от переменного тока. Некоторым приборам нужен «адаптер» или «преобразователь» для преобразования переменного тока в постоянный, например, зарядное устройство для сотового телефона.

Техническая нота

Глядя на приведенные выше цифры, всегда помните, что при токе в 1 ампер (А) на самом деле через проводящий провод проходит квинтиллионов электронов в секунду. Кроме того, эти электроны на самом деле не движутся по прямой.На самом деле, электроны отскакивают между атомами в проводнике, как показано на рисунке 7 ниже. Общий дрейф в одном направлении создает электрический ток. Помните, что направление обычного тока противоположно направлению движения электронов, как показано на рисунке.

Рис. 7. Иллюстрация того, как электроны отскакивают между атомами в проводнике, где общий дрейф в одном направлении создает электрический ток.Обратите внимание, что эта фигура также не в масштабе — электроны на намного на меньше, чем атомы, но они настолько крошечные, что невозможно нарисовать точную фигуру в масштабе, на которой вы можете видеть электроны.

Чтобы понять разницу между переменным и постоянным током, вы также можете построить график зависимости электрического тока от времени. Для постоянного тока ток постоянный (прямая линия). Для переменного тока ток колеблется взад и вперед:

Пример графика ампер во времени показывает переменный и постоянный токи.Переменный ток, обозначенный синим цветом, имеет значение в амперах, которое изменяется от положительной единицы до отрицательной единицы, образуя волну с постоянной частотой. Постоянный ток представляет собой прямую горизонтальную линию красного цвета, которая поддерживает постоянное значение в амперах, равное 1.

Рисунок 8. Графическое представление тока (ось y) в зависимости от времени (ось x) постоянного и переменного тока. На этом рисунке переменный ток завершает один цикл каждую секунду, то есть имеет частоту 1 Гц. Обратите внимание, что отрицательный ток представляет ток в противоположном направлении.

Советы по безопасности

Электричество опасно для человека. На самом деле наш мозг, мышцы и нервы работают с крошечными электрическими сигналами. Небольшой и короткий разряд от небольшого количества электрического заряда, проходящего через ваше тело, не повредит вам. Однако большее количество электричества может мешать электрическим сигналам в вашем теле (например, сигналу, который заставляет ваше сердце регулярно биться) и может создавать тепло, которое может сжечь ткани, поэтому всегда будьте осторожны с электричеством.Большинство проектов в области домашней науки включают схемы с батарейным питанием. Хотя при использовании батарей необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности (например, при коротком замыкании подключенные к ним батареи и провода могут очень сильно нагреться, а батареи могут даже взорваться), в целом батареи не являются серьезная опасность поражения электрическим током. Однако переменный ток от розеток в вашем доме очень опасен . Вы не должны никогда пытаться использовать электричество непосредственно из розетки для питания самодельной цепи, если только у вас нет взрослого, который поможет вам использовать преобразователь переменного тока в постоянный (устройство, которое преобразует переменный ток из стенной розетки в безопасный уровень постоянного тока, зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков).

Проекты по смежным наукам

Щелкните здесь, чтобы просмотреть список научных проектов, связанных с
по изготовлению схем, или здесь для списка проектов, связанных с электрическим током.

Краткое изложение основных концепций

Каждый магнит имеет северный и южный полюсы. Северный и южный полюсы притягиваются друг к другу, тогда как одинаковые полюса (север-север или юг-юг) отталкивают друг друга.
Магниты окружены магнитным полем, которое создает толчок или притяжение других магнитов или магнитных материалов в поле.
Магниты (особенно неодимовые или редкоземельные) могут быть опасными; всегда читайте правила техники безопасности, прежде чем обращаться с ними.

Что такое магнетизм?

На следующих страницах объясняются научные основы того, как работают магниты . Прежде чем продолжить чтение, посмотрите наше короткое видео о магнетизме:

Краткое вводное видео о магнитах и электромагнитах. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Играя с магнитами, вы, вероятно, заметили, что магнит можно использовать для притяжения определенных материалов или объектов, но не других.На рисунке 9 ниже показан магнит, захватывающий металлические винты и скрепки, но не влияющий на дерево, резину, пенополистирол или бумагу.

Рис. 9. Магнит можно использовать для захвата многих металлических предметов, таких как винты или скрепки (слева), но он не влияет на некоторые материалы, включая пластик, резину, дерево или даже некоторые металлы (справа).

Если вы когда-либо играли с двумя или более магнитами одновременно, вы, вероятно, заметили, что магниты могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, в зависимости от того, как они расположены.Это потому, что каждый магнит имеет северный полюс и южный полюс . Противоположные полюсов притягиваются друг к другу (север и юг), а подобных полюсов отталкиваются друг от друга (север-север или юг-юг). Магниты часто обозначаются буквой N для северного полюса и S для южного полюса, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10. Каждый магнит имеет северный и южный полюсы. Противоположные полюсов тянутся друг к другу, а одинаковых полюсов отталкиваются друг от друга.

Если вы смотрели видео выше, то, возможно, заметили, что магнитные полюса могут толкать и тянуть друг друга , не касаясь друг друга . Магниты могут это делать, потому что они окружены магнитным полем . Это магнитное поле, которое создает силу (тянущую или толкающую) на другие магниты или магнитные материалы в поле. Магнитное поле ослабевает по мере удаления от магнита; поэтому магниты могут быть очень сильными вблизи, но они не оказывают большого влияния на объекты (как и другие магниты), которые находятся очень далеко.

Магнитные поля невидимы; вы не можете увидеть их своими глазами. Итак, как мы узнаем, что они там, или как они выглядят? Ученые изобразили невидимое магнитное поле, нарисовав силовых линий . Это линии, которые указывают от северного полюса до южного полюса вне магнита ( внутри магнита, которые они указывают от южного полюса к северному полюсу). Магнитное поле является самым сильным (или магнит имеет самое сильное притяжение или толчок к другому магнитному материалу), где эти линии сгруппированы близко друг к другу, и самое слабое, где они расположены дальше друг от друга.Распространенный способ визуализации силовых линий магнитного поля — это рассыпать множество крошечных железных опилок возле магнита. Железные опилки совпадают с линиями магнитного поля, как показано на рисунке 11.

Рис. 11. Слева линии магнитного поля направлены от северного полюса магнита к южному полюсу вне магнита (изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Geek3, 2010). Справа вы можете увидеть эти линии с использованием железных опилок.

Магнитное поле можно также обнаружить с помощью компаса .Компас, подобный показанному на рисунке 12, на самом деле представляет собой небольшой стержневой магнит, который может свободно вращаться на оси.

Рис. 12. Компас — это устройство с вращающейся магнитной стрелкой, которое можно использовать для навигации. N, S, E и W на компасе обозначают север, юг, восток и запад соответственно. На этом изображении N и S частично скрыты за иглой.

Обычно компас выравнивается с магнитным полем Земли, поэтому его стрелка приблизительно совпадает с географическим направлением север-юг (хотя и не идеально; на самом деле между магнитным и географическим полюсами Земли есть небольшое смещение).Это означает, что для навигации можно использовать компас, чтобы вы могли определить направления на север, юг, восток и запад. Однако, если вы поднесете компас очень близко к другому магниту, этот магнит окажет на стрелку более сильное воздействие, чем магнитное поле Земли. Стрелка компаса будет совмещена с местным магнитным полем (или «поблизости») (линии, показанные на рисунке 11).

Техническая нота

Земля на самом деле действует так, как будто внутри нее находится большой перевернутый стержневой магнит.Полюс южный этого стержневого магнита на самом деле близко (но не идеально совмещен с) земным полюсом северный , и наоборот. Таким образом, часть стрелки компаса (обычно красный конец), которая указывает на южный полюс магнита (как на рисунке 13), будет указывать на географический северный полюс Земли . Это может сбивать с толку; просто посмотрите на рис. 13, если вам нужно вспомнить, какой конец стрелки компаса является каким!

Рисунок 13. Вы можете представить магнитное поле Земли, как будто внутри Земли похоронен гигантский стержневой магнит. южный полюс магнита близок к географическому северному полюсу Земли, а северный полюс магнита близок к географическому южному полюсу Земли. Магнитный и географический полюса Земли не совпадают друг с другом идеально, но очень близки.

Есть несколько различных типов магнитов. Постоянные магниты — это магниты, которые постоянно сохраняют свое магнитное поле.Это отличается от временного магнита , который обычно имеет магнитное поле только тогда, когда он помещен в более сильное магнитное поле или когда через него протекает электрический ток. Стержневой магнит и скрепки на Рисунке 9 являются примерами постоянных и временных магнитов соответственно. Стержневой магнит всегда окружен магнитным полем, поэтому это постоянный магнит. Скрепки для бумаг , а не обычно имеют магнитное поле; Другими словами, вы не можете использовать одну скрепку, чтобы взять другую скрепку.Однако, когда вы подносите стержневой магнит к скрепкам, они намагничиваются и ведут себя как магниты, поэтому они представляют собой временные магниты . Другой тип временного магнита, называемый электромагнитом , использует электричество для создания магнита. См. Вкладку «Электромагнетизм», чтобы узнать больше об электромагнитах.

Техническая нота

На обиходе мы обычно называем магниты и материалы, притягиваемые магнитами, «магнитными».«Технически эти материалы называются ферромагнитными . Важно отметить, что не все металлы являются ферромагнитными . Вы заметите это, если попытаетесь поднять с помощью магнита медный пенни или кусок алюминиевой фольги. распространенными ферромагнитными металлами являются железо, никель и кобальт.

Ферромагнитный материал содержит множество крошечных магнитных доменов на микроскопическом уровне. Каждый магнитный домен имеет свое собственное крошечное магнитное поле с северным и южным полюсами.Обычно эти домены указывают случайным образом во всех разных направлениях, поэтому все крошечные магнитные поля компенсируют друг друга, и весь материал не окружен магнитным полем. Однако, когда материал намагничивается (обычно помещая его в сильное магнитное поле), все эти крошечные магнитные поля выстраиваются в линию, создавая в целом большее магнитное поле.

Рисунок 14. В ферромагнитном материале крошечные магнитные поля могут произвольно ориентироваться в разных направлениях, нейтрализуя друг друга.В этом случае материал не будет показывать магнитные характеристики (слева). Когда магнитные поля выстраиваются в линию и все указывают в одном направлении, они объединяются и создают большое магнитное поле. После этого материал покажет характеристики магнита (справа).

Как именно генерируются крошечные магнитные поля, зависит от того, как электронов движутся внутри атомов. Это один из примеров того, как связаны магнетизм и электричество.

Чтобы узнать больше об электронах и электричестве, перейдите на вкладку «Статическое электричество».
Чтобы узнать больше о том, как связаны магнетизм и электричество, см. Вкладку «Электромагнетизм».

Советы по безопасности

Магниты — это весело и полезно, но они также могут быть опасны, если с ними обращаться неправильно. Маленькие магниты всегда следует держать подальше от маленьких детей и домашних животных, потому что они могут нанести серьезную травму при проглатывании. Очень сильные магниты, такие как неодимовые магниты, могут сближаться с очень большой силой, защемляя пальцы, если они зажаты между ними.Всегда держите магниты подальше от электронных устройств, таких как компьютеры и сотовые телефоны, и подальше от кредитных карт (или любой другой карты с магнитной полосой). Это связано с тем, что данные на этих устройствах часто хранятся с использованием магнитной записи и могут быть удалены при приближении к сильному магнитному полю. Если вы выполняете проект Science Buddies с использованием магнитов, обязательно ознакомьтесь с мерами безопасности для этого конкретного проекта перед тем, как начать.

Проекты по смежным наукам

Щелкните здесь, чтобы просмотреть список научных проектов, связанных с магнетизмом.

Краткое изложение основных концепций

Электромагнетизм включает изучение электричества, магнетизма и того, как они связаны.
Электромагнит — это временный магнит, который создает магнитное поле только при протекании электрического тока.
Некоторые электромагниты создают очень сильные магнитные поля при протекании тока.

Что такое электромагнетизм?

Примечание: Мы рекомендуем прочитать раздел о магнетизме и посмотреть наше вводное видео, прежде чем читать раздел об электромагнетизме.Видео включает в себя отрывок об электромагнитах.

Электричество и магнетизм очень тесно связаны. Изучение того и другого и того, как они связаны, называется электромагнетизмом . Эта страница — всего лишь краткое введение в электромагнетизм и содержит информацию, которая может оказаться полезной для проектов Science Buddies. А вот по электромагнетизму написано учебников, ; Это только начало!

Одним из распространенных примеров взаимодействия электричества и магнетизма является электромагнит .Электромагнит — это особый тип временного магнита, который создает магнитное поле только при протекании электрического тока (вы можете узнать больше об электрическом токе на вкладке Current Electricity). Это делает электромагниты очень удобными, потому что их можно легко включить или выключить, и они могут создавать очень сильные магнитные поля.

Одиночный прямой провод, по которому течет ток, создает конфигурацию кругового магнитного поля, как показано на рисунке 15.

Рисунок 15. На этом рисунке показано магнитное поле вокруг токоведущего провода. Текущее (заглавная буква «I») обозначено белой стрелкой. Магнитное поле (заглавная буква «B») показано красными стрелками. Вы можете использовать свою правую руку, как показано на рисунке, чтобы определить направление магнитного поля. См. Техническое примечание ниже для получения дополнительной информации о «правиле правой руки». (Изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Jfmelero, 2008 г.)

Техническая нота

Стрелка на рисунке 15 представляет правило правой руки , используемое для предсказания направления магнитного поля, индуцированного (или создаваемого) током.Когда вы указываете большим пальцем правой руки в направлении тока, ваши пальцы сгибаются в направлении магнитного поля. Если ток меняет направление, силовые линии магнитного поля также меняют направление.

Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Однако даже сильный ток в одиночном проводе не создает очень сильного электромагнита. Чтобы сделать электромагнит намного более сильным, вы можете намотать провод на катушку , как показано на рисунке 16.Магнитное поле возле катушки с проволокой очень похоже на магнитное поле возле стержневого магнита. (Можете ли вы понять это, используя правило правой руки, объясненное выше?) Как и в случае с одиночным проводом, если электрический ток меняет направление, магнитное поле вокруг катушки также меняет направление.

Рисунок 16. Когда нет тока, протекающего через проволочную катушку, магнитное поле отсутствует (вверху). Когда электрический ток течет через катушку, он создает магнитное поле, очень похожее на поле вокруг стержневого магнита, представленное зеленой / красной стрелкой на катушке (в центре)).Если направление тока меняется на противоположное, направление магнитного поля также меняется на противоположное (внизу).

Чтобы сделать электромагнит еще сильнее, вы можете обернуть катушку вокруг ферромагнитного сердечника , как показано на рисунке 17 (вернитесь к вкладке «Магнетизм», чтобы узнать о ферромагнитных материалах). Таким образом, когда электромагнит включается, он намагничивает сердечник. Магнитные поля катушки и сердечника складываются, создавая еще более сильный электромагнит.

Рисунок 17. Многие электромагниты изготавливаются путем наматывания проволоки на ферромагнитный сердечник (например, гвоздь или болт). Когда катушка не питается от батареи или другого источника электричества (разомкнутая цепь), магнитное поле отсутствует, как показано на рисунке слева. Когда катушка подключена к батарее и через нее протекает электрический ток (замкнутая цепь), создается магнитное поле, позволяющее электромагниту подбирать скрепки, как показано на рисунке справа. Когда ток снова отключается (цепь снова размыкается), магнитное поле исчезает, и скрепки падают.Вы можете более четко увидеть этот эффект в нашем видео «Введение в магнетизм».

Электрический ток — это не что иное, как перемещение электрических зарядов. Каждый раз, когда электрический заряд движется, создается магнитное поле. Вы можете задаться вопросом, будут ли движущиеся магниты (или изменяющееся магнитное поле) создавать электрический ток или заставлять электрические заряды двигаться. Ответ — да, может. Этот аспект электромагнетизма часто используется для создания электричества в электрических генераторах. Вы можете узнать больше о связи между электромагнетизмом и выработкой электроэнергии в некоторых практических проектах, ссылки на которые приведены ниже.

Проекты по смежным наукам

Щелкните здесь, чтобы увидеть список научных проектов, связанных с электромагнетизмом.

Видео о нашей науке

Вибрация и звук: заставьте брызги танцевать

Гель-электрофорез и судебная медицина: проект выставки биотехнологической науки

Двухступенчатая воздушная ракета Введение

Магнитное действие электрического тока

Магнитное поле тока — методическая рекомендация. Физика, 8 класс.

Действие электрического тока

Действие электрического тока

Конспект «Постоянный электрический ток» — УчительPRO

«Постоянный электрический ток.<img src='/800/600/https/ds03.infourok.ru/uploads/ex/01f8/00014dff-e858f241/img5.jpg' /> Действие электрического тока»

Постоянный электрический ток

Источник тока

Действие электрического тока

Действие магнитного поля на ток

Что такое магнитное действие электрического тока

Мероприятие

Activity

Activity

Магнитные эффекты электрического тока

Примечания к редакции для науки Глава 13 — Магнитные эффекты электрического тока (класс 10)

Характеристики линий поля

Магнитное поле стержневого магнита

Магнитное поле, создаваемое током через прямой проводник

Магнитное поле, создаваемое током через кольцевую петлю

Факторы, влияющие на магнитное поле круглого токонесущего проводника —

Правило для левой руки Flemings

Электродвигатель

Правило Fleming для правой руки

Электрогенератор

Бытовые электрические цепи

Электрический предохранитель

Особенности курса

Электрические токи — Магнитные поля

CBSE Class 12 Объективные вопросы по физике магнитных эффектов электрического тока

Electricity, Magnetism, & Electromagnetism Tutorial

кредитов

цитировать эту страницу

MLA Стиль

APA Style

Краткое изложение основных концепций

Что такое статическое электричество?

Проекты по смежным наукам

Сводка основных понятий

Что такое электрический ток?

Проекты по смежным наукам

Сводка основных понятий

Как протекает ток: постоянный и переменный ток

Советы по безопасности

Проекты по смежным наукам

Краткое изложение основных концепций

Что такое магнетизм?

Советы по безопасности

Проекты по смежным наукам

Краткое изложение основных концепций

Что такое электромагнетизм?

Проекты по смежным наукам

Видео о нашей науке

alexxlab

Вам также может понравиться

Организация электрических испытаний: 3.3. Испытания электросетей напряжением до 1000 В в электроустановках потребителей электрической энергии

Полиэстеровые конденсаторы: Конденсаторы для «чайников» / Хабр

Схемы соединения резисторов: Схемы параллельного и последовательного соединения резисторов

Добавить комментарий Отменить ответ

«Постоянный электрический ток.
Действие электрического тока»