Изображение магнитного поля линиями магнитной индукции. Магнитное поле
Магнитное поле (МП), графическое изображение. Магнитная индукция проводников различной формы.
В 1820г Эрстед обнаружил связь электричества и магнетизма. Повторив опыты Эрстеда, Андре Мари Ампер пришёл к выводу: проводник с током сам становится магнитом, поэтому он действует на магнитную стрелку и поворачивает её. Магнитное поле – это особый вид материи, существующий реально, т.е. независимо от нас, наших знаний о нём.
Свойства МП. Создается движущимися электрическими зарядами, токами.
Действует на движущиеся электрические заряды, токи.
Силовые линии МП замкнуты, поэтому МП –
вихревое поле
Замкнутость силовых линий магнитного поля есть следствие отсутствия в природе изолированных магнитных полюсов.
Векторные поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми полями .
Магнитное поле - вихревое.
Магнитная индукция В– силовая характеристика магнитного поля.Индукцию магнитного поля можно определить по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле.
Модулем вектора магнитной индукции называется отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка.
Силовые линии магнитного поля - линии магнитной индукции, проведены так, что касательные к ним в каждой точке поля указывают направление поля в этой точке, свободная маленькая магнитная стрелка в любой точке магнитного поля расположится по направлению вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции в южный полюс входят, из северного выходят.
За единицу магнитной индукции принимается магнитная индукция однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила 1 Н. Поэтому магнитная индукция – силовая характеристика МП. Если во всех точках некоторой части пространства вектор индукции магнитного поля имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то магнитное поле называется однородным.
Поле внутри полосового постоянного магнита и катушки с током - однородное МП.
Направление линий магнитного поля прямого тока.Правило обхвата правой руки. Если обхватить прямой проводник ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был направлен вдоль тока, то четыре пальца покажут направление линий магнитной индукции поля тока.
Направление линий магнитного поля кругового тока. Если четыре пальца правой руки направить вдоль тока, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитной индукции поля тока.
Изображение токов и магнитных полей.
Направление тока в проводнике на нас перпендикулярно плоскости листа. - направление тока в проводнике от нас перпендикулярно плоскости листа.
Графическое изображение магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции
Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют линию, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 6).
Исследования показали, что линии магнитной индукции являются замкнутыми линиями, охватывающими токи. Густота линий магнитной индукции пропорциональна величине вектора в данном месте поля. В случае магнитного поля прямого тока линии магнитной индукции имеют форму концентрических окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных току, с центром на прямой с током. Направление линий магнитной индукции независимо от формы тока можно определить по правилу буравчика. В случае магнитного поля прямого тока буравчик необходимо вращать таким образом, чтобы его поступательное движение совпало с направлением тока в проводе, тогда вращательное движение ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитной индукции (рис. 7).
На рис. 8 и 9 изображены картины линий магнитной индукции поля кругового тока и поля соленоида. Соленоид представляет собой совокупность круговых токов с общей осью.
Линии вектора индукции внутри соленоида параллельны друг другу, густота линий одинакова, поле однородно ( = const). Поле соленоида аналогично полю постоянного магнита. Конец соленоида, из которого выходят линии индукции аналогичен северному полюсу – N, противоположный конец соленоида аналогичен южному полюсу – S.
Число линий магнитной индукции, пронизывающих определенную поверхность, называют магнитным потоком через эту поверхность. Обозначают магнитный поток буквой Ф в (или Ф).
 ,
| (3) |
Где α – угол, образуемый вектором и нормалью к поверхности (рис. 10).
– проекция вектора на нормаль к площадке S.
Измеряется магнитный поток в веберах (Вб): [Ф]=[B]× [S]=Тл× м 2 = =
Слайд 1
«Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводнике».
Слайд 2
Слово «магнит» произошло от названия города Магнессии (теперь это город Маниса в Турции).
«камень Геркулеса». «любящий камень», «мудрое железо», и «царственный камень»
Магнетизм известен с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Впервые свойства магнита были описаны в 1269 году. В этом же году ввели понятие магнитного полюса.
Слайд 3
Слово МАГНИТ
(от греческого. magnetic eitos)
Минерал, состоящий из: FeO(31%) и Fe2O3 (69%).
В нашей стране его добывают на Урале, в Курской области (Курская магнитная аномалия), В Карелии.
Магнитный железняк – хрупкий минерал, его плотность 5000 кг/м*3
Слайд 4
Разнообразные искусственные магниты
Редкоземельные магниты – спеченные и магнитопласты
Слайд 5
Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна.
Слайд 6
СВОЙСТВА
ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
взаимно притягиваются или отталкиваются
Слайд 7
Земной шар – большой магнит.
Слайд 8
ГАНС ХРИСТИАН ЭРСТЕД (1777 – 1851)
Датский профессор химии, открыл существование магнитного поля вокруг проводника с током
Слайд 9
Опыт Эрстеда
если по проводнику протекает электрический ток, то расположенная рядом магнитная стрелка изменяет свою ориентацию в пространстве
Слайд 10
Опыт Эрстеда 1820 г.
О чем говорит отклонение магнитной стрелки при замыкании
электрической цепи?
Вокруг проводника с током существует
магнитное поле.
На него – то и реагирует магнитная
стрелка.
Магнитное поле – особый вид материи.
Оно не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
Слайд 11
Условия существования магнитного поля
а) электрические заряды;
б) наличие электрического тока
Слайд 12
Сделаем выводы.
Вокруг проводника с током (т.е. вокруг движущихся зарядов) существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Источником возникновения магнитного поля является электрический ток.
.
Слайд 13
Как можно обнаружить МП?
а) с помощью железных опилок. Попадая в МП, железные опилки намагничиваются и располагаются вдоль магнитных линий, подобно маленьким магнитным стрелкам;
б) по действию на проводник с током. Попадая в МП вокруг проводника с током, магнитная стрелка начинает двигаться, т.к. со стороны МП на неё действует сила.
Слайд 14
Почему вокруг магнитов постоянно существует магнитное поле?
Компьютерная модель атома бериллия.
Внутри любого атома существуют молекулярные токи
Слайд 15
Изображение магнитного поля
Линии магнитного поля – воображаемые линии, вдоль которых ориентируются магнитные стрелки
Слайд 16
север N
юг S
Линии магнитного поля проводника с током направлены по концентрическим окружностям
Слайд 17
Расположение железных опилок вокруг полосового магнита
Слайд 18
Графическое изображение магнитных линий вокруг полосового магнита
Слайд 19
Расположение железных опилок вокруг прямого проводника с током
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.
Слайд 20
Расположение железных опилок вдоль магнитных силовых линий.
Слайд 21
Соленоид – проводник, имеющий вид спирали (катушка).
«солен» - греч. «трубка»
Слайд 22
Магнитное поле катушки и постоянного магнита
Катушка с током, как и магнитная стрелка имеет 2 полюса – северный и южный.
Магнитное действие катушки тем сильнее, чем больше витков в ней.
При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается.
Слайд 23
Магнитное поле
Неоднородное.
Однородное.
Магнитные линии искривлены их густота меняется от точки к точке.
Магнитные линии параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой (например, внутри постоянного магнита).
Слайд 24
Что нужно знать о магнитных линиях?
1.Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому МП называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов. 2.Чем гуще расположены магнитные линии, тем МП сильнее.
3.Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое МП называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках МП, разная. Такое МП называют неоднородным.
Слайд 25
Определение направления магнитной линии
Способы определения направления магнитной линии
При помощи
магнитной
стрелки
По правилу
буравчика (1
правило правой
руки)
По 2 правилу
правой руки
Слайд 26
Правило буравчика
Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике. Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называется правилом буравчика.
Правило буравчика заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направлений линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это
поле.
Слайд 27
Правило буравчика (винта)
Если буравчик с правой нарезкой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением магнитного поля.
Слайд 28
Правило правой руки для прямого проводника с током
Если правую руку расположить так, чтобы большой палец был направлен по току, то остальные четыре пальца покажут направление линии магнитной индукции
Слайд 29
+
-
Определение направления линий магнитного поля прямого проводника с током (правило буравчика)
Слайд 30
Слайд 31
Определение направления магнитного поля, пронизывающего соленоид (2 правило правой руки)
Слайд 32
+
-
2 правило правой руки (для определения направления магнитного поля, пронизывающего соленоид)
Ладонь правой руки расположить так, чтобы четыре пальца были по направлению тока, текущего по виткам соленоида, тогда большой палец укажет на направление магнитного поля, пронизывающего соленоид.
Слайд 33
Какие утверждения являются верными?
А.В природе существуют электрические заряды.
Б.В природе существуют магнитные заряды.
В.В природе не существует электрических зарядов.
Г.В природе не существует магнитных зарядов.
а) А и Б,
б) А и В,
в) А и Г,
г) Б, В и Г.
Слайд 34
Закончить фразу: «Вокруг проводника с током существует...
а) магнитное поле;
б) электрическое поле;
в) электрическое и магнитное поле.
Слайд 35
Какими бывают магнитные линии?
I
Северный полюс магнитной стрелки указывает направление магнитных линий с помощью которых изображается магнитное поле.
На что указывает северный полюс магнитной стрелки?
Слайд 36
Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки.
a. Южным
b. Северным
c. Не связано с магнитной стрелкой
Слайд 37
На рисунке показана картина магнитных линий прямого тока. В какой точке магнитное поле самое сильное?
а) б) в) г)
Слайд 38
Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.
Слайд 39
Слайд 40
Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка?
а) б) в) г) д)
Слайд 41
Сирано де Бержерак
Я изобрел шесть средств
Подняться в мир планет!
… Сесть на железный круг
И, взяв большой магнит,
Его забросить вверх высоко,
Докуда будет видеть око;
Он за собой железо приманит, -
Вот средство верное!
А лишь он вас притянет,
Схватить его и бросить вверх опять, -
Так поднимать он бесконечно станет!
Возможно ли подобное космическое путешествие? Почему?
Слайд 45
Домашнее задание:
§42-44. Упражнение 33,34,35.
Слайд 46
Влияние магнитных полей на организм человека и животных.
Все живые организмы, в том числе и человек, рождаются и развиваются в естественных условиях планеты Земля, которая создает вокруг себя постоянное магнитное поле - магнитосферу. Это поле играет очень существенную роль для всех биохимических процессов в организме. Основа лечебного эффекта магнитного поля - улучшение кровообращения и состояния кровеносных сосудов.
Слайд 47
Долго искали магнитный компас у почтового голубя, однако мозги птицы никак не реагировали на магнитные поля. Наконец компас обнаружили в... брюшной полости! Навигационные способности мигрирующих животных всегда поражали людей. Ведь какой-то компас приводит их к месту, расположенному за тысячи километров от места рожденья.
Слайд 48
Сенсационного результата первыми добились калифорнийские ученые, биологи в содружестве с физиками. Гелиобиологу Джозею Кришвингу с помощниками удалось обнаружить кристаллы магнитного железняка в мозгах человека. Кришвинг долго изучал в магнитных полях образцы тканей, полученных при посмертных вскрытиях, и пришел к выводу, что количества магнетика в мозговых оболочках как раз ровно столько, сколько необходимо для работы простейшего биологического компаса.
Слайд 49
Каждый из нас носит в голове самый настоящий компас, точнее, сразу несколько компасов с микроскопически малыми "стрелками". Однако умение пользоваться скрытым чувством, как мы видим, есть далеко не у каждого.
Можно с полной ответственностью заявить, что человеку не следует терять самообладания в любой сложной ситуации. Для заблудившегося в пустыне, в океане, в горах или в лесу (что более актуально для нас) всегда имеется шанс найти верную дорогу к спасению.
Библиографическое описание: Насекин К. Г., Маюров С. Г. Получение картины магнитного поля // Юный ученый. 2015. №1. С. 75-78..04.2019).
Введение. Магнетизм
Природные магниты, попросту говоря, кусочки магнитного железняка - магнетита (химический состав: 31 % железа и 69 % кислорода) не везде назывались магнитами. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть всех этих названий переводится как «любящий». Так поэтичным языком древних описано свойство кусков магнита - притягивать железо.
«Любящий камень» - такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Сила у естественных магнитов незначительна, и потому греческое название магнита - переводится как «геркулесов камень».
Не следует думать, что магнит действует только на железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывают на себе действие сильного магнита, хотя и не в такой степени, как железо. Металлы: никель, кобальт, марганец, платина, золото, серебро, алюминий - в слабой степени притягиваются магнитом. Еще замечательное свойство так называемых диамагнитных тел, например цинка, свинца, серы, висмута: эти тела отталкиваются от сильного магнита!
Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение или отталкивание магнита, правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние на эти вещества.
Основная часть
Линии магнитных сил
У человека нет органа чувств, воспринимающего магнитное поле, поэтому о существовании магнитных сил, которые окружают магнит, он может лишь догадываться. Однако нетрудно косвенным образом обнаружить картины распределения этих сил. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок.
Для этого нужно взять магнит, сверху накрыть его стеклянной пластиной. На пластину положить лист бумаги. Далее насыпать опилки тонким ровным слоем на лист бумаги, встряхивая опилки легкими ударами. Магнитные силы свободно проходят сквозь бумагу и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на мгновение отделяются от пластинки и могут под действием магнитных сил легко повернуться.
В результате опилки располагаются рядами, наглядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Можно увидеть, как, они лучисто расходятся от каждого полюса магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса они разрежаются и утрачивают свою отчетливость, наглядно доказывая ослабление магнитных сил с расстоянием.
Актуальность работы
Работа посвящена совершенствованию получения картин магнитного поля, которые отчетливо показывают магнитные линии. Используя известные способы получения плоских картин, необходимо разработать способ получения объемных картин магнитного поля.
Получение изображения с помощью магнита и железных опилок
Чтобы получить такой рисунок, нужно взять: магнит, небольшое стекло, лист бумаги, железные опилки. Вначале мы положили магнит на верстак, далее накрыли его стеклом. На стекло положили лист бумаги, после чего сыпали железные опилки. Чтобы получился красивый рисунок нужно:
1) Не сыпать железные опилки с небольшой высоты от магнита. Из-за этого опилки слепляются в воздухе и падают на лист в куче.
2) Железные опилки лучше сыпать около полюсов, чтобы было четко видно магнитные линии.
Действие магнитного поля на экран дисплея
Магнитное поле магнита действует и на экран дисплея. Если взять магнит и поднести к экрану дисплея, то происходит много разных явлений:
1. Искажение изображения на экране дисплея.
2. Изменение цветовой палитры экрана дисплея.
Если магнит поднести прямо к стеклу дисплея, то возникает своеобразная и красивая картина на нем. Когда магнит отдаляется от экрана, картина становится менее четкой. На фотографиях, сделанных в этот момент, можно увидеть некоторую закономерность. Если на экран дисплея положить два кольцеобразных магнита, то образуется рисунок, отличающийся от рисунка, образованного одним магнита. На границе этих рисунков можно заметить линии, как-то связанные с магнитным полем. Если количество магнитов меняется или изменяется расположение полюсов магнита, то и рисунок будет другим. Если на экран дисплея положить кольцеобразный магнит с большой магнитной силой, то экран дисплея станет темным, а внутри кольца экран светится различными красками.
В книге написано, что магнитное поле действует на электроны. При этом взаимодействии электроны не попадают в нужное место и возникают искажения. Опыты проводились на старом мониторе.
Получение объемных картин магнитного поля
В ходе работы были получены и сфотографированы картины магнитного поля различных магнитов с помощью железных опилок. При анализе результатов было замечено, что картины магнитного поля либо плоские, либо опилки поднимаются на небольшую высоту, и не дают полной информации о магнитном поле. Ведь, чтобы получить картины магнитного поля даже одного магнита нужно проделать несколько опытов. Чтобы получить картину магнитного поля одного магнита, нужен один опыт, другого магнита - второй опыт. Возник вопрос: как получить картины магнитного поля в объеме? Что нужно сделать, чтобы картина магнитного поля получилась в объеме? Возникает проблема, мешает сила тяжести, действующая на железные опилки. Для решения этой проблемы нужно уменьшить вес опилок. Уменьшить вес тела в обычных условиях можно только с помощью жидкости. В этом случае подходит жидкость «глицерин». Преимущества этой жидкости:
1. Имеет большую плотность, чем вода = 1260 кг/м 3
2. Глицерин прозрачен.
3. Глицерин безвреден для здоровья человека.
4. У глицерина хорошая вязкость.
Если взять воду, то выталкивающая сила будет меньше. Почему? У воды меньшая плотность, чем у глицерина. У воды маленькая вязкость.
Описание оборудования
Было взято два сосуда в форме прямоугольного параллелепипеда из оргстекла, размеры которых 85 x 85 x 55 мм. Один сосуд негерметизированный, для случая, если нужно добавить опилок или глицерина, но он закрывается с помощью бронзовых болтиков и становится герметичным. Чтобы герметизировать сосуд, поверхность краев сосуда смазывалась эпоксидной смолой, и крышка плотно прижималась к сосуду. Другой сосуд для демонстрации картин магнитного поля, был изготовлен, но в нем были оставлены два металлических стержня из железа. Перед герметизацией сосуда, в него нужно залить глицерин и засыпать железные опилки. Чтобы делать опыты нужно тщательно перемешать глицерин и опилки, вращая в руке сосуд.
1. Нужно взять сосуд без стержней и резкими движениями перемешать опилки в глицерине и поставить его на магнит с большой магнитной силой. Тогда железные опилки построят объемный рисунок магнитных линий не только на дне сосуда, но и на большом расстоянии от дна.
2. Нужно взять сосуд со стержнями и резкими движениями перемешать и поставить на магнит. Тогда железные опилки построят объемный рисунок возле стержней и на дне сосуда.
Чтобы железные опилки построили объемную картину магнитного поля, нужно несколько минут. Потом можно снять сосуд и поставить магнит в другом месте и картина снова изобразится. Но лучше оставить сосуд на сутки, так как глицерин слегка мутный, поэтому картина проявится лучше.
С помощью эпоксидной смолы, железных опилок в маленькой пластмассовой коробочке была попытка получения картины магнитного поля. Опыт удался, но его нужно повторить.
Мои впечатления: увидев эти явления, я был в изумлении от такого свойства магнита. Для меня это очень интересно и увлекательно. В зависимости от вида магнита, картины магнитного поля получаются разными. Картины магнитного поля всегда получаются красивыми, они могут меняться.
Магниты в воздухе
Когда проводились опыты получения картин магнитного поля, происходило следующее: при перемещении магнита под стеклом, железные опилки двигались вместе с магнитом и меняли угол наклона, высоту. Возник вопрос: что будет, если кусочки магнитов поместить в изменяющееся магнитное поле? Если подключить проволочную катушку с железным сердечником к источнику тока, возникнет магнитное поле. Если железные опилки поместить рядом с проволочной катушкой, то можно получить картину магнитного поля. Если подключить ее к источнику постоянного тока (батарее, аккумулятору), тогда железные опилки создадут неподвижную картину магнитного поля. А если к источнику переменного тока, то можно услышать слабое гудение, значит, опилки вибрируют. Это можно использовать для опытов. Рассмотрим ход опыта:
1. Взять шарики из пенопласта и поместить в них кусочки разбитого магнита.
3. После этого поместить пенопластовые шарики с кусочками магнитами в коробочку.
4. Поставить коробочку с шариками на катушку.
5. Катушку из медного провода подключить к источнику переменного тока.
В результате действия магнитного поля на осколки магнитов в шариках из действия опыта, в магнитном поле создается хаотичное движение молекул.
Магниты дома
В моей семье сувениры на магнитах можно увидеть на холодильнике. Эти магниты, так скажем декоративные. Они у нас появляются от родственников, знакомых, которые где-нибудь отдыхали, или сами привозим с отдыха, как традиция.
Но самое важное применение магнитов в холодильнике скрыто от наших глаз. В холодильнике магниты в виде полос используются в уплотнителе дверей. С помощью этого идет притяжение дверцы к корпусу и происходит уплотнение, влага не попадает в холодильник.
Еще у нас есть набор инструментов, в котором есть намагниченные отвертки. Такие отвертки нужны для того, чтобы не потерять какой-нибудь шуруп. Дома есть шторы, для придания нужной формы на них вешаются магнитные клипсы. Еще есть простой магнит, на него мы вешаем ключи от дома, чтобы они не потерялись. Раньше дома использовался музыкальный центр, у которого было две колонки, в этих колонках есть магниты. В бытовой технике часто используются магниты.
Есть такие сувениры, принцип действия которых основывается на использовании магнитного поля магнитов. У меня есть специальные магниты, из которых можно составлять различную цепочку. В кабинете физики есть сувенир «горизонтальная юла». Кончик юлы упирается в стекло, она висит над подставкой и ее можно раскручивать. Есть игра дартс. Современный дартс основан на действии магнита, у дротика на кончике магнит.
Результаты работы
1. Получены картины магнитного поля магнитов разной формы;
2. Получены картины магнитного поля магнитов с разной магнитной силой;
3. Получены картины искажений изображений экрана на дисплее;
4. Получены объемные картины магнитных полей магнитов разных форм и разной магнитной силой;
5. Составлена коллекция фотоизображений картин магнитных полей на цифровых носителях;
6. Сделана модель движущихся магнитов в переменном магнитном поле;
7. Сделана попытка получить «вечную» картину магнитного поля.
8. Работа может быть продолжена с целью получения более сложных картин магнитных полей.
Выводы
1. Картины магнитных полей бывают разнообразными.
2. Их вид зависит:
а) - от формы магнита;
б) - от магнитной силы;
в) - от наличия полюсов.
3. Магнитное поле действует на изображение на экране старого дисплея или телевизора и возникают различные явления
а) - появление пятен на экране дисплея;
б) - искажение изображения на экране дисплея;
в) - изменение цветовой палитры экрана дисплея;
г) в расположении пятен на экране дисплея угадывается, какая-то картина.
4. Объемные картины магнитного поля дают больше информации о расположении магнитных линий.
5. Переменное магнитное поле заставляет магниты двигаться.
Литература:
1. Карцев В. П. Приключения великих уравнений, издательство «Знание» М.-1978
2. Перельман Я. И. Занимательная физика, издательство «Наука» М.-1972
3. А. С. Енохович. Справочник по физике и технике, издательство «Просвещение» М.- 1983
4. А. Шилейко, Т. Шилейко Электроны…электроны, издательство «Детская литература» М.- 1983
5. Л. В. Тарасов Физика в природе М.: Просвещение, 1998 г.
Мы не можем увидеть магнитное поле, однако для лучшего понимания магнитных явлений важно научиться его изображать. В этом помогут магнитные стрелки. Каждая такая стрелка — это маленький постоянный магнит, который легко поворачивается в горизонтальной плоскости (рис. 2.1). О том, как графически изображают магнитное поле и какая физическая величина его характеризует, вы узнаете из этого параграфа.
Рис. 2.2. В магнитном поле магнитные стрелки ориентируются определенным образом: северный полюс стрелки указывает направление вектора индукции магнитного поля в данной точке
Изучаем силовую характеристику магнитного поля
Если заряженная частица движется в магнитном поле, то поле будет действовать на частицу с некоторой силой. Значение этой силы зависит от заряда частицы, направления и значения скорости ее движения, а также от того, насколько сильным является поле.
Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.
Магнитная индукция (индукция магнитного поля) — это векторная физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля.
Магнитную индукцию обозначают символом B.
Единица магнитной индукции в СИ — тесла; названа в честь сербского физика Николы Теслы (1856-1943):
За направление вектора магнитной индукции в данной точке магнитного поля принято направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, установленной в этой точке (рис. 2.2).
Обратите внимание! Направление силы, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы или на проводник с током, или на магнитную стрелку, не совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Магнитные линии:
Рис. 2.3. Линии магнитного поля полосового магнита
Вне магнита выходят из северного полюса магнита и входят в южный;
Всегда замкнуты (магнитное поле — это вихревое поле);
Наиболее густо расположены у полюсов магнита;
Никогда не пересекаются
Изображаем магнитное поле
На рис. 2.2 видим, как ориентируются магнитные стрелки в магнитном поле: их оси как будто образуют линии, а вектор магнитной индукции в каждой точке направлен вдоль касательной к линии, проходящей через эту точку.
С помощью магнитных линий графически изображают магнитные поля:
1) за направление линии магнитной индукции в данной точке принято направление вектора магнитной индукции;
Рис. 2.4. Цепочки железных опилок воспроизводят картину линий магнитной индукции магнитного поля подковообразного магнита
2) чем больше модуль магнитной индукции, тем ближе друг к другу чертят магнитные линии.
Рассмотрев графическое изображение магнитного поля полосового магнита, можно сделать некоторые выводы (см. на рис. 2.3).
Заметим, что данные выводы справедливы для магнитных линий любого магнита.
Какое направление имеют магнитные линии внутри полосового магнита?
Картину магнитных линий можно воспроизвести с помощью железных опилок.
Возьмем подковообразный магнит, положим на него пластинку из оргстекла и через ситечко будем насыпать на пластинку железные опилки. В магнитном поле каждый кусочек железа намагнитится и превратится в маленькую «магнитную стрелку». Импровизированные «стрелки» сориентируются вдоль магнитных линий магнитного поля магнита (рис. 2.4).
Изобразите картину магнитных линий магнитного поля подковообразного магнита.
Узнаём об однородном магнитном поле
Магнитное поле в некоторой части пространства называют однородным, если в каждой его точке векторы магнитной индукции одинаковы как по модулю, так и по направлению (рис. 2.5).
На участках, где магнитное поле однородно, линии магнитной индукции параллельны и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга (рис. 2.5, 2.6). Магнитные линии однородного магнитного поля, направленные к нам, принято изображать точками (рис. 2.7, а) — мы как будто видим «острия стрел», летящих к нам. Если магнитные линии направлены от нас, то их изображают крестиками — мы как будто видим «оперения стрел», летящих от нас (рис. 2.7, б).
В большинстве случаев мы имеем дело с неоднородным магнитным полем, — полем, в разных точках которого векторы магнитной индукции имеют разные значения и направления. Магнитные линии такого поля искривлены, а их плотность разная.
Рис. 2.6. Магнитное поле внутри полосового магнита (а) и между двумя магнитами, обращенными друг к другу разноименными полюсами (б), можно считать однородным
Изучаем магнитное поле Земли
Для изучения земного магнетизма Вильям Гильберт изготовил постоянный магнит в виде шара (модель Земли). Расположив на шаре компас, он заметил, что стрелка компаса ведет себя так же, как на поверхности Земли.
Эксперименты позволили ученому предположить, что Земля — это огромный магнит, а на севере нашей планеты расположен ее южный магнитный полюс. Дальнейшие исследования подтвердили гипотезу В. Гильберта.
На рис. 2.8 изображена картина линий магнитной индукции магнитного поля Земли.
рис. 2.7. Изображение линий магнитной индукции однородного магнитного поля, которые перпендикулярны плоскости рисунка и направлены к нам (а); направлены от нас (б)
Представьте, что вы идете к Северному полюсу, двигаясь точно в том направлении, на которое указывает стрелка компаса. Достигнете ли вы места назначения?
Линии магнитной индукции магнитного поля Земли не параллельны ее поверхности. Если закрепить магнитную стрелку в карданном подвесе, то есть так, чтобы она могла свободно вращаться как вокруг горизонтальной, так
Рис. 2.8. Схема расположения магнитных линий магнитного поля планеты Земля
и вокруг вертикальной осей, стрелка установится под углом к поверхности Земли (рис. 2.9).
Как будет расположена магнитная стрелка в устройстве на рис. 2.9 вблизи северного магнитного полюса Земли? вблизи южного магнитного полюса Земли?
Магнитное поле Земли издавна помогало ориентироваться путешественникам, морякам, военным и не только им. Доказано, что рыбы, морские млекопитающие и птицы во время своих миграций ориентируются по магнитному полю Земли. Так же ориентируются, ища путь домой, и некоторые животные, например кошки.
Узнаём о магнитных бурях
Исследования показали, что в любой местности магнитное поле Земли периодически, каждые сутки, изменяется. Кроме того, наблюдаются небольшие ежегодные изменения магнитного поля Земли. Случаются, однако, и резкие его изменения. Сильные возмущения магнитного поля Земли, которые охватывают всю планету и продолжаются от одного до нескольких дней, называют магнитными бурями. Здоровые люди их практически не ощущают, а вот у тех, кто имеет сердечно-сосудистые заболевания и заболевания нервной системы, магнитные бури вызывают ухудшение самочувствия.
Магнитное поле Земли — своеобразный «щит», который защищает нашу планету от летящих из космоса, в основном от Солнца («солнечный ветер»), заряженных частиц. Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подлетают довольно близко к атмосфере Земли. При возрастании солнечной активности космические частицы попадают в верхние слои атмосферы и ионизируют молекулы газа — на Земле наблюдаются полярные сияния (рис. 2.10).
Подводим итоги
Магнитная индукция В — это векторная физическая величина, характеризующая силовое действие магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Единица магнитной индукции в СИ — тесла (Тл).
Условные направленные линии, в каждой точке которых касательная совпадает с линией, вдоль которой направлен вектор магнитной индукции, называют линиями магнитной индукции или магнитными линиями.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты, вне магнита они выходят из северного полюса магнита и входят в южный, гуще расположены в тех областях магнитного поля, где модуль магнитной индукции больше.
Планета Земля имеет магнитное поле. Вблизи северного географического полюса Земли расположен ее южный магнитный полюс, вблизи южного географического полюса — северный магнитный полюс.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение магнитной индукции. 2. Как направлен вектор магнитной индукции? 3. Какова единица магнитной индукции в СИ? В честь кого она названа? 4. Приведите определение линий магнитной индукции. 5. Какое направление принято за направление магнитных линий? 6. От чего зависит густота магнитных линий? 7. Какое магнитное поле называют однородным? 8. Докажите, что Земля имеет магнитное поле. 9. Как расположены магнитные полюсы Земли относительно географических? 10. Что такое магнитные бури? Как они влияют на человека?
Упражнение № 2
1. На рис. 1 изображены линии магнитной индукции на некотором участке магнитного поля. Для каждого случая а-в определите: 1) какое это поле — однородное или неоднородное; 2) направление вектора магнитной индукции в точках А и В поля; 3) в какой точке — А или В — магнитная индукция поля больше.
2. Почему стальная оконная решетка может со временем намагнититься?
3. На рис. 2 изображены линии магнитного поля, созданного двумя одинаковыми постоянными магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами.
1) Существует ли магнитное поле в точке А?
2) Каково направление вектора магнитной индукции в точке В? в точке С?
3) В какой точке — А, В или С — магнитная индукция поля наибольшая?
4) Каково направление векторов магнитной индукции внутри магнитов?
4. Раньше во время экспедиций на Северный полюс возникали трудности в определении направления движения, ведь вблизи полюса обычные компасы почти не работали. Как вы думаете, почему?
5. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и выясните, какое значение имеет магнитное поле для жизни на нашей планете. Что произошло бы, если бы магнитное поле Земли вдруг исчезло?
6. Существуют участки земной поверхности, где магнитная индукция магнитного поля Земли значительно больше, чем в соседних областях. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о магнитных аномалиях подробнее.
7. Объясните, почему любое незаряженное тело всегда притягивается к телу, имеющему электрический заряд.
Это материал учебника
