вентилятор
Хорошего настроения!

Физика – электромагнитные явления (основы)



Когда электрический ток проходит через проводник, он создает вокруг себя магнитное поле. Это явление было открыто в 1820 году французским ученым Эрстедом, который заметил, что компасная стрелка отклоняется вблизи проводника с током. С тех пор магнитное поле вокруг проводника с током стало неотъемлемой частью электромагнетизма и нашло широкое применение в различных технологиях, от электромоторов до сенсоров и магнитных хранилищ данных.



Опыт Эрстеда

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов.




Если провести эксперимент, заключающийся в расположении проводника с током на листе бумаги и посыпании опилками железа вокруг него, можно наблюдать формирование интересной картины. Опилки будут распределяться вдоль кривых линий, образующих замкнутые круги вокруг проводника с током. Такое явление называется "магнитным полем" и именно оно создает силы, которые перемещают опилки. Чем ближе к проводнику, тем более плотно опилки будут располагаться, образуя более яркие круги, так как магнитное поле в этой области сильнее.


иллюстрация магнитного поля вокруг проводника с током

На первом рисунке ток идёт от нас. На втором - к нам.


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

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





Такой метод демонстрации магнитного поля был часто используем в школьных лабораториях для иллюстрации и объяснения физического явления. Однако, несмотря на простоту, магнитное поле вокруг проводника с током имеет широкий спектр применений в различных сферах, включая производство электромагнитов, электрических двигателей, генераторов, а также в медицине и научных исследованиях.


Магнитное поле, возникающее вокруг проводника с током, является таким же магнитным полем, как и вокруг постоянных магнитов. Это означает, что оно имеет те же свойства, что и магнитное поле, возникающее вокруг постоянного магнита, например, оно оказывает магнитное воздействие на другие магнитные предметы.


Магнитное поле изображается с помощью стрелок, которые указывают направление магнитной силы в данной точке магнитного поля. Общее направление стрелок указывает на направление магнитного поля в данной области. Магнитное поле всегда идет от северного магнитного полюса к полюсу южного магнитного поля. Это означает, что если поместить компас вблизи магнитного поля, стрелка компаса будет указывать в направлении полюса северного магнитного поля. Таким образом, стрелки магнитного поля визуально демонстрируют направление и силу магнитного поля.


Силовые линии магнитного поля




Правило буравчика.


Правило буравчика - это метод определения направления магнитного поля, создаваемого током. Согласно этому правилу, если представить себе, что буравчик забивается вдоль проводника по направлению тока, то направление вращения буравчика будет указывать на направление магнитного поля вокруг проводника.


Правило буравчика

Магнитное поле катушки с током.


Катушка с током - это устройство, которое позволяет создавать электромагниты. Катушка представляет собой проводник, который обмотан вокруг цилиндрического или другого подходящего для задачи магнитного материала. Когда через катушку пропускается электрический ток, то вокруг нее возникает магнитное поле.


Электромагнит с помощью катушки

В катушке электрический ток протекает через множество витков, создавая сложное магнитное поле, в котором на одном конце катушки силовые линии магнитного поля будут выходить наружу, а на другом конце - входить внутрь. Таким образом, на одном конце катушки будет образовываться северный полюс, а на другом - южный. Если магнит необходимо изменять, например, чтобы изменить его полярность, то можно изменить направление тока.





Правило правой руки. Определение полюсов катушки с током.


Если обхватить катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца показали направление тока, то большой палец укажет направление на северный полюс катушки.

Правило правой руки для катушки с током

Действие магнитного поля на проводник с током.


Когда электрический ток протекает через проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Это поле можно представить как совокупность линий, которые окружают проводник. Направление этих линий зависит от направления тока в проводнике.


Если поместить проводник с током в магнитное поле, то на проводник будет действовать магнитная сила.


Действие магнитного поля на проводник с током

Для определения направления силы, действующей на проводник с током под действием магнитного поля, используется правило левой руки. Это правило устанавливает соответствие между направлением тока в проводнике, направлением магнитного поля и направлением силы, действующей на проводник.





Правило левой руки для проводника с током в магнитном поле.


Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, 4 пальца были направлены по току, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей силы.

Правило левой руки для проводника с током под действием магнитного поля




Задачи.


Задача (ток в катушке)

Укажите направление электрического тока в катушке.


Задача на правило правой руки

Решение:

Мы видим, что правая сторона катушки обладает южным полюсом (S). Т.к. магнитная стрелка сориентирована северным полюсом к правой стороне катушки. Значит, левая сторона катушки обладаем северным полюсом.


Тогда по правилу правой руки электрический ток в катушке будет направлен снизу-вверх.


Задача на правило правой руки (решение)




Задача (магнитные линии)

На рисунке показана опилками картина магнитных линий поля прямолинейного проводника с током. Определите направление магнитных линий.


Задача на правило буравчика

Решение:

По правилу буравчика магнитные линии будут направлены по часовой стрелке.


Задача на правило буравчика (решение)




Задача (магнитная стрелка)

Как изменится направление магнитной стрелки, находящейся рядом с проводом, при достаточно большой силе тока? Рассмотрите два возможных сценария:


а) провод проходит над стрелкой
б) провод проходит под стрелкой

Задача 2 на правило буравчика
Решение:

Изобразим магнитные линии, исходя из правила буравчика.


Задача 2 на правило буравчика (решение)

Северный полюс магнитной стрелки ориентируется по направлению магнитных линий.





Задача (проводник в магнитном поле)

Проводник с постоянным электрическим током представлен на рисунке в разрезе. Электрический ток направлен на наблюдателя.


Определите в какую сторону будет направлена сила взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника.


Задача на правило левой руки

Решение:

Магнитные линии идут от северного полюса к южному.


По правилу левой руки располагаем 4 пальца к наблюдателю так, чтобы в ладонь под 90 градусов были направлены линии магнитного поля. Тогда отогнутый под 90 градусов большой палец покажет направление силы взаимодействия магнитного поля и проводника с током.


В нашем случае сила будет действовать влево.


Задача на правило левой руки (решение)





Задача (алюминиевый стержень)

В какую сторону покатится алюминиевый стержень при замыкании цепи?


Задача 2 на правило левой руки

Решение:

Общепринятно, что ток течёт от плюса к минусу. Тогда по алюминиевому стержню ток будет иметь следующее направление:


Задача 2 на правило левой руки (решение)

Применив правило левой руки, можно определить, что алюминиевый стержень покатится вправо.




25-04-2023 в 18:01:55





Поддержать сайт:


Похожая статья:

ОГЭ по физике - ещё порция задач по динамике

Привет! В этой статье ещё добавка отличных задач по динамике для трени...

Категория: Физика  Подкатегория: Механика
Дата: 25-09-2023 в 14:33:13 0



Оставить коментарий:



Напишите email, чтобы получать сообщения о новых комментариях (необязательно):


Задача против робота. Расположите картинки горизонтально:




Нажимая кнопку Отправить, Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.