Если направление поступательного движения боракса совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки боракса совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Взаимодействие магнитов
Каждый магнит имеет N и S полюса с обеих сторон. Два магнита притягиваются друг к другу противоположными полюсами и отталкиваются противоположными полюсами. Магниты могут взаимодействовать даже в вакууме! Все это похоже на взаимодействие электрических зарядов, но взаимодействие магнитов не является электрическим. Это подтверждается следующими экспериментальными данными.
-Когда магнит нагревается, магнитная сила ослабевает. Однако силы взаимодействия точечных зарядов не зависят от их температуры.
-Магнитная сила ослабевает, когда магнит движется. Этого не происходит с заряженными объектами.
-Положительные заряды могут быть отделены от отрицательных (например, путем зарядки тела). Однако полюса магнита не могут быть разделены. Когда магнит разрезают пополам, полюса также пересекаются, и магнит разделяется на два магнита, с противоположными полюсами на обоих концах (направленными точно в ту же сторону, что и полюса). оригинального магнита).
Таким образом, магнит всегда биполярен и существует только как диполь. Изолированные магнитные полюса (называемые магнитными монополями — соответствующими электрическим зарядам) не существуют в природе (по крайней мере, пока не обнаружены экспериментально). Это, пожалуй, самая поразительная асимметрия между электричеством и магнетизмом.
-Как заряженный объект, магнит действует на заряд. Однако магниты действуют только на движущиеся заряды. Если заряд неподвижен относительно магнита, то магнитная сила на заряд не действует. В отличие от этого, наэлектризованный объект действует на любой заряд, будь то неподвижный или движущийся.
Согласно современному подходу к теории синергетических эффектов, взаимодействие магнитов происходит через магнитные поля. То есть один магнит создает в окружающем пространстве магнитное поле, которое воздействует на другой магнит, вызывая видимое притяжение или отталкивание магнитов.
Примером магнита является магнитный указатель компаса. Магнитные стрелки можно использовать для определения наличия магнитного поля в определенной области пространства и направления этого поля.
Наша планета Земля — это гигантский магнит. Южный магнитный полюс расположен рядом с северным географическим полюсом Земли. Поэтому северный конец иглы компаса указывает географически на север, когда она колеблется в направлении южного магнитного полюса Земли. Поэтому его называют «северным полюсом» магнита.
Линии магнитного поля
Электрическое поле исследуется с помощью небольшого пробного заряда, действие которого позволяет определить величину и направление поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.
Например, размещая очень маленькие стрелки компаса в разных точках пространства, можно получить представление о геометрии магнитного поля. Согласно опыту, они выравниваются по определенным линиям, так называемым магнитным линиям силы. Давайте определим их в следующих трех пунктах.
1. магнитные линии силы или магнитные линии силы — это направленные линии в пространстве, обладающие следующими свойствами Маленькие стрелки компаса, расположенные в каждой точке такой линии, направлены по касательной к этой линии.
2. направление линии магнитного поля — это направление северного конца стрелки компаса в точке этой линии.
Чем толще линия, тем сильнее магнитное поле в этой области пространства.
Стрелки компаса изготавливаются из железной стружки. В магнитном поле маленькие чипы намагничиваются и ведут себя как магнитные пятна.
Например, если железную стружку поместить вокруг постоянного магнита, то появится следующая картина магнитных линий (Рисунок 1)
Рисунок 1. Поле постоянного магнита.
Северный полюс магнита обозначен синим цветом и буквой — южный полюс обозначен красным цветом и буквой Обратите внимание, что линия поля выходит из северного полюса магнита и входит в южный полюс. Обратите внимание, что северный конец иглы компаса обращен к южному полюсу магнита.
Опыт Эрстеда
Электрические и магнитные явления известны человеку с древности, но связь между ними долгое время не наблюдалась. На протяжении столетий изучение электричества и магнетизма проводилось одновременно и независимо друг от друга.
Замечательный факт, что электричество и магнетизм действительно связаны между собой, был впервые обнаружен в знаменитом эксперименте ЭРСТЕДА в 1820 году.
Схема эксперимента ERSTED показана на рисунке 2 (изображение с сайта RT.MIPT.RU). Над магнитной стрелкой (и северным и южным полюсами стрелки) находится металлический проводник, присоединенный к источнику тока. Если цепь замкнута, то стрелка перпендикулярна проводнику! Этот простой эксперимент сразу же продемонстрировал взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Эксперименты, которые последовали за экспериментом ERSTED, последовательно установили следующую закономерность. Магнитные поля создаются электрическими токами и действуют на них.
Характер линий магнитного поля, создаваемого трубой с током, зависит от геометрии проводника.
Однако если токи расположены гармонично, их поля взаимно усиливаются. Тело превращается в магнит (рис. 7 — магнитное поле обращено к нам — северный магнитный полюс также обращен к нам).
Взаимодействие магнитов
Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентирован вдоль магнитного меридиана Земли. Конец, указывающий на север, называется северным полюсом (n), а другой конец — южным полюсом. Когда два магнита подходят очень близко друг к другу, видно, что одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются (рис. 1).
Если мы разделим полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то обнаружим, что каждая из них становится двумя полюсами, то есть постоянным магнитом (рис. 2). Два полюса, северный и южный, неотделимы друг от друга, но равны.
Магнитное поле, создаваемое землей или постоянным магнитом, представлено как магнитным полем, так и электрическим полем. Изображения линий магнитного поля магнита можно получить, положив на него лист бумаги, на котором скопились железные опилки. Когда опилки попадают в магнитное поле, они намагничиваются. Это означает, что все опилки имеют северный и южный полюс. Противоположные полюса пытаются сблизиться друг с другом, но опилки трутся о бумагу. Когда ваши пальцы ударяют по бумаге, трение уменьшается, и частицы опилок притягиваются друг к другу, образуя цепочку, которая представляет собой линии магнитного поля.
На рис. 3 показано положение опилок в поле прямого магнита. 3 показано положение опилок и маленькой магнитной стрелки в поле прямого магнита с указанием направления линий магнитного поля. Это направление принимается за направление северного полюса магнитной стрелки.
Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока
В начале 19 века датский ученый Эрстад сделал важное открытие, обнаружив влияние электричества на постоянные магниты. Длинный кабель помещается рядом с магнитной стрелкой. Когда ток пересекал провод, стрелка стремилась быть перпендикулярной к нему (рис. 4). Это можно объяснить появлением магнитного поля вокруг провода.
Магнитные динамические линии поля, создаваемого прямым проводником, представляют собой концентрические окружности, приложенные к плоскости с центром в точке, через которую проходит ток (рис. 5). Направление линии определяется правилом правого винта.
Характеристической силой магнитного поля является вектор магнитной индукции b. В каждой точке он является касательной к линии поля. Линия электрического поля начинается с положительного груза и переходит в отрицательный, а сила, действующая на груз в этом поле, в каждой точке направлена по касательной к линии. В отличие от электрического поля, линия магнитного поля замкнута, так как в природе не существует «магнитной нагрузки».
Магнитное поле электрического тока фактически не отличается от поля, создаваемого постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинная труба — моток проволоки, длина которого намного больше его диаметра. Схема создаваемых им линий магнитного поля показана на рис. 6, что аналогично плоскому магниту (рис. 3). Круги показывают пересекающиеся участки проволоки, образующие трубчатую катушку. Токи, текущие вдоль кабеля со стороны наблюдателя, отмечены знаком X, а токи, текущие в направлении, противоположном наблюдателю, отмечены точкой. Те же символы используются для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны уровню проектирования (рис. 7a, b).
Направление тока в трубчатой катушке и направление линий магнитного поля внутри нее также связаны с правилом правого винта. В этом деле говорится следующее.
Если смотреть на него вдоль оси трубки, то создается магнитное поле, направление тока которого совпадает с направлением правого винта (рис. 8).
Из этого правила легко определить, что у трубы, показанной на рисунке 6, северный полюс находится на правом конце трубы, а южный — на левом.
Магнитное поле трубы однородно — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (b = const). В этом отношении трубка напоминает плоский конденсатор, в котором создается однородное электрическое поле.
Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током
Экспериментально установлено, что в магнитном поле проявляются силовые проводники. В однородном поле на прямую линию длиной l, вытекающую из тока I перпендикулярно вектору поля B, действует сила: f = i l b.
Направление силы определяется по правилу левой руки.
Если четыре вытянутых пальца левой руки расположены по направлению тока в проводнике, а ладонь перпендикулярна вектору B, то продолжение большого пальца указывает направление силы, приложенной к проводнику (рис. 9).
Следует отметить, что силы, действующие на проводники магнитного поля, направлены не по касательной к линиям передачи, например, электричества, а перпендикулярно им. Трубопроводы вдоль линий электропередач не подвержены воздействию магнитных сил.
Уравнение F = ILB может быть использовано для количественной оценки индукции магнитного поля.
Отношение
Измеренное значение вектора магнитной индукции B численно равно силе, приложенной к перпендикулярному ему проводнику единичной длины, протекающей в амперах.
Здесь q — нагрузка, v — скорость магнитного поля, b — индукция, f — сила Лоренца, действующая на нагрузку под действием поля.
Магнитное поле. Источники и свойства. Правила и применение
При подключении тока к двум параллельным проводникам они притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления (полярности) подключенного тока. Это связано с явлением образования особого типа материала вокруг этих проводников. Эта проблема называется магнитным полем (b). Магнитные силы — это силы, воздействующие на проводники по отношению друг к другу.
Магнит, подвешенный на нити, указывает полюсами на горизонт. Его полюса — северный и южный. Это начало работы компаса в действии. Противоположные полюса двух магнитов притягиваются, а противоположные полюса отталкиваются.
Ученые обнаружили, что намагниченные стрелки, помещенные рядом с проводником, отклоняются при отводе электричества. Это указывает на то, что вокруг них образуются МП.
Магнитное поле оказывает влияние на:
- Перемещающиеся электрические заряды.
- Вещества, называемые ферромагнетиками: железо, чугун, их сплавы.
Постоянный магнит — это тело, которое разделяет магнитный момент заряженных частиц (электронов).
1 — южный полюс магнита 2 — северный полюс магнита в примере металлического SIPS 3 -MF — направление магнитного поля изображения
Когда постоянный магнит приближается к листу бумаги со слоем железных стоков, появляются линии передачи. На рисунке хорошо виден столб с ориентированными на поле линиями.
Источники магнитного поля
- Электрическое поле, меняющееся во времени.
- Подвижные заряды.
- Постоянные магниты.
Постоянные магниты известны нам с детства. Их использовали в качестве игрушек для притягивания различных металлических деталей. Они застряли в холодильниках и были интегрированы в различные игры.
При передаче электрических нагрузок часто используется больше магнитной энергии, чем в постоянных магнитах.
Свойства.
- Главным отличительным признаком и свойством магнитного поля является относительность. Если неподвижно оставить заряженное тело в некоторой системе отсчета, а рядом расположить магнитную стрелку, то она укажет на север, и при этом не «почувствует» постороннего поля, кроме поля земли. А если заряженное тело начать двигать возле стрелки, то вокруг тела появится МП. В результате становится ясно, что МП формируется только при передвижении некоторого заряда.
- Магнитное поле способно воздействовать и влиять на электрический ток. Его можно обнаружить, если проконтролировать движение заряженных электронов. В магнитном поле частицы с зарядом отклонятся, проводники с протекающим током будут перемещаться. Рамка с подключенным питанием тока станет поворачиваться, а намагниченные материалы переместятся на некоторое расстояние. Стрелка компаса чаще всего окрашивается в синий цвет. Она является полоской намагниченной стали. Компас ориентируется всегда на север, так как у Земли есть МП. Вся планета – это как большой магнит со своими полюсами.
Магнитные поля не могут быть обнаружены человеческим телом и могут быть получены только от магнитных датчиков. Может быть переменного или постоянного типа. Переменные поля обычно создаются специальными катушками, работающими на переменном токе. Неподвижные поля создаются неподвижными электрическими полями.
Основные правила
Брейвик рулит.
Линии поля проводятся на уровне под углом 90 0 к пути тока, так что в каждой точке сила направлена по касательной к линии.
Чтобы определить направление магнитных сил, необходимо помнить правило правой нити буры.
Фреза устанавливается на той же оси, что и текущий вектор, и кривошип должен вращаться так, чтобы фреза двигалась в направлении текущего вектора. В этом случае направление линии определяется вращением ручки бура.
Здесь q — нагрузка, v — скорость магнитного поля, b — индукция, f — сила Лоренца, действующая на нагрузку под действием поля.
Характеристики магнитного поля
Магнитная индукция (B)
Это сила магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит, создающий магнитное поле, тем больше индукция.
- B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
- Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
- S — площадь поверхности (в м²)
- cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)
Магнитный поток (Ф)
Когда магнитная индукция (b) проходит через определенную поверхность (с площадью S), индукция в ней относится к магнитному току (f). Тип: f = bs.
Общее количество магнитных силовых линий, проходящих через определенную ограниченную поверхность.
Магнитная проницаемость
Магнитная индукция также зависит от среды, в которой создается магнитное поле. На это указывает магнитная проницаемость. Более проницаемая среда создает магнитное поле с большей индукцией.
