Магнитное поле его свойства: §16. Магнитное поле и его характеристики и свойства

Содержание

Магнитное поле, его свойства

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о магнитном поле и его свойствах

 «Исследования Ампера… принадлежат к

 числу самых блестящих работ,

которые проведены когда-либо в науке»

Джеймс Клерк Максвелл

Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Еще древние греки знали, что существует особый минерал, способный притягивать железные предметы. Это был один из минералов железной руды, который сейчас известен как магнетит. Его залежи находились возле города Магнесии на севере Турции. Слово «магнит» в переводе с греческого означает «камень из Магнесии».

Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в III веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе

. Первой крупной работой, посвящённой исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых,

одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.

  

Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют

магнитными силами.

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.

    

Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное полеэто особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом,

магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Основные выводы:

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Магнитное поле, его свойства

Магнитное поле, его свойства

Исследования Ампера… принадлежат к числу самых блестящих работ, которые проведены когда-либо в науке

Джеймс Клерк Максвелл

Магнесия

Магнетит

III век до н. э.

Начало XII века

Первый китайский компас

Плавающая игла европейцев

S

N

Притяжение

Отталкивание

 

 

 

 

Взаимодействие

проводников с током

1820 год

Притягиваются

Отталкиваются

Андре-Мари Ампер

Опыт Х. К. Эрстеда

Взаимодействия между проводниками с током, называют магнитными.

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Ханс Кристиан Эрстед

4

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитные поля

компенсируются.

Ориентация контура с током

характеризуется направлением нормали к контуру.

Правило правого винта (буравчика):

если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие .

Электрическое поле

Необходимо было бы ввести величину, которая будет также количественно характеризовать магнитное поле.

 

— напряженность электрического поля.

 

 

 

 

Магнитный момент — физическая величина, равная произведению силы тока I на площадь S , ограниченную контуром.

Рамка с током

 

 

 

Направление совпадает с направлением положительной нормали к контуру.

 

Вращающий момент зависит от расположения контура в магнитном поле.

Максимальный вращающий момент

 

M = 0

 

Отношение максимального вращающего момента к магнитному моменту для всех контуров одно и то же:

 

 

M = M max

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

 

 

 

полностью характеризует МП.

 

Никола Тесла

Направление вектора магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукции принимается направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки , свободно устанавливаю-щейся в магнитном поле.

S

N

I

I

 

 

Графическое изображение магнитных полей

Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

 

 

1

8

 

2

 

Через каждую точку поля можно провести линию магнитной индукции и причем только одну .

3

7

 

4

 

6

Линии магнитной индукции не пересекаются .

5

 

 

Линии магнитной индукции замкнуты .

 

Магнитное поле — это вихревое поле.

 

Фундаментальное свойство магнитного поля:

Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.

Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля .

 

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

I

Линии магнитной индукции магнитного поля прямолинейного тока представляют собой концентрические окружности , расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику, с центром на оси проводника.

Правило буравчика (правило правого винта):

если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитной индукции поля прямого проводника с током.

I

I

 

 

Изображение магнитного поля

От нас за чертеж

Из-за чертежа к нам

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

I

 

µ — магнитная проницаемость среды;

µ 0 — магнитная постоянная;

 

 

I — сила тока в проводнике;

r — расстояние от проводника до точки, в которой вычисляется магнитная индукция.

Магнитное поле кругового тока

Линии магнитной индукции не являются правильными окружностями , но они замыкаются .

Правило правого винта:

если головку винта вращать в направлении тока в проводнике, то поступательное движение острия винта покажет направление магнитной индукции в центре кругового тока.

 

I

 

Магнитное поле соленоида

Соленоид — это катушка цилиндрической формы из проволоки, витки которой намотаны вплотную друг к другу в одном направлении, а длина катушки значительно больше радиуса витка.

если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Правило правой руки:

 

N — число витков в соленоиде;

l — длина соленоида.

13

Северный географи-ческий полюс

Южный магнитный полюс

Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.

Главные выводы

 

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

 

 

Магнитное поле — это вихревое поле .

 

Магнитных зарядов в природе не существует.

I

В каждой точке поля вектор магнитной индукции имеет определенное направление, которое можно определить по правилу буравчика.

 

1 Вопрос Магнитное поле, его свойства и характеристики.

Магнитное поле — форма существования материи, окружающей движущиеся электрические заряды (проводники с током, постоянные магниты).

Это название обусловлено тем, что, как обнаружил в 1820 году датский физик Ханс Эрстед, оно оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. Опыт Эрстеда: под проволокой с током помещалась магнитная стрелка, вращающаяся на игле. При включении тока она устанавливалась перпендикулярно проволоке; при изменении направления тока поворачивалась в противоположную сторону.

Основные свойства магнитного поля:

порождается движущимися электрическими зарядами, проводниками с током, постоянными магнитами и переменным электрическим полем;

действует с силой на движущиеся электрические заряды, проводники с током, намагниченные тела;

переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле.

Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно иметь векторную силовую характеристику. Ее обозначают и называют магнитной индукцией.

Магнитное поле изображается графически с помощью магнитных силовых линий или линий магнитной индукции.Магнитными силовыми линиями называются линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. В каждой точке такой линии вектор направлен по касательной.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты, что говорит об отсутствии в природе магнитных зарядов и вихревом характере магнитного поля.

Условно они выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Густота линий выбирается так, чтобы число линий через единицу площади, перпендикулярную магнитному полю, было пропорционально величине магнитной индукции.

Магнитное поле соленоида с током. Направление линий определяется правилом правого винта. Соленоид — катушка с током, витки которой расположены вплотную друг к другу, а диаметр витка много меньше длины катушки.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным. Магнитное поле называется однородным, если вектор в любой точке постоянен.

Магнитное поле соленоида аналогично магнитному полю полосового магнита.

Соленоид с током представляет собой электромагнит.

Опыт показывает, что для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: индукция магнитного поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме индукций магнитных полей, создаваемых каждым током или зарядом:

Вектор вводится одним из 3-х способов:

а) из закона Ампера;

б) по действию магнитного поля на рамку с током;

в) из выражения для силы Лоренца.

Ампер экспериментально установил, что сила с которой магнитное поле действует на элемент проводникас током I, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силетока I и векторному произведению элемента длинына магнитную индукцию:

 — закон Ампера

Направление вектора может быть найдено согласно общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а 4 вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец покажет направление силы.

Сила, действующая на провод конечной длины, найдется интегрированием по всей длине.

При I = const, B=const, F = BIlsin

Если  =900, F = BIl

Индукция магнитного поля — векторная физическая величина, численно равная силе, действующей в однородном магнитном поле на проводник единичной длины с единичной силой тока, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям.

1Тл — индукция однородного магнитного поля, в котором на проводник длиной 1м с током в 1А, расположенный перпендикулярно магнитным силовым линиям, действует сила 1Н.

До сих пор мы рассматривали макротоки, текущие в проводниках. Однако, согласно предположению Ампера, в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах. Эти микроскопические молекулярные токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в полях макротоков, создавая в теле дополнительное магнитное поле. Вектор характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, т.е. при одном и том же макротоке векторв различных средах имеет разные значения.

Магнитное поле макротоков описывается вектором магнитной напряженности .

Для однородной изотропной среды

,

0= 410-7Гн/м — магнитная постоянная, 0= 410-7Н/А2,

 — магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков изменяется за счет поля микротоков среды.

Основные характеристики магнитного поля | Электрикам

Магнитное поле представляет собой особую форму материи которая проявляется через механическое взаимодействие токов и через возникновение ЭДС в проводниках движущихся в этом поле. Оно обнаруживается вокруг движущихся электрических зарядов, следовательно и вокруг проводника с током.

Графическое изображение магнитного поля

Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля; магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми.

Для того что бы определить направление магнитного поля можно воспользоваться магнитной стрелкой, или правилом буравчика.

Правило буравчика

Основные характеристики магнитного поля

Магнитная индукция B  — это векторная величина определяющая силу действующую на заряженную частицу со стороны магнитного поля. Измеряется в теслах Тл.

           

B = Ф/S

            

  магнитная постоянная.

µ относительная магнитная проницаемость — табличная величина (для вакуума = 1)

Магнитный поток Ф — скалярная физическая величина числено равная произведению магнитной индукции на площадь поверхности ограниченной замкнутым контуром. Измеряется в веберах Вб.


Магнитный поток через контур максимален,если плоскость контура перпендикулярна магнитному полю.

Тогда магнитный поток рассчитывается по формуле:

Φmax = B · S

Магнитный поток через контур равен нулю,если контур располагается параллельно магнитному полю.

Напряженность H – это векторная величина независящая от магнитных свойств среды. Измеряется в ампер на метр А/М.

Магнитная проницаемость. Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по проводнику или катушке, но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит магнитная проницаемость.

Магнитное поле, его свойства. Магнитные силовые линии прямолинейного и кругового токов, соленоида и тороида. Сила Ампера. Индукция магнитного поля.

Вопросы для физики

Магнитное поле, его свойства. Магнитные силовые линии прямолинейного и кругового токов, соленоида и тороида. Сила Ампера. Индукция магнитного поля.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Основные свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле порождается электрическим током ( = движущимися зарядами).
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток ( = движущиеся заряды).
3. Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально независимо от нас, от наших знаний о нём. Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля, как и реальности электрического поля, является факт существования электромагнитных волн (то есть посылка и приём радио- и телевизионных сигналов).

Тороидпредставляет собой тонкий провод, плотно (виток к витку) намотанный на каркас в форме тора (рис. 2.16).

В тороиде магнитное поле однородно только величине, т.е. по модулю, но направление его в каждой точке различно.

Все остальные подвопросы этого вопроса есть в защите лабы))*


Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчета магнитных полей.

Тоже самое*

 

59)Теорема о циркуляции (закон полного тока) и её применение для расчёта магнитных полей.

(в тетради)

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

Теорема о циркуляции играет в магнитостатике приблизительно ту же роль, что и теорема Гаусса в электростатике. В частности, при наличии определённой симметрии задачи, она позволяет просто находить величину магнитного поля во всём пространстве по заданным токам.

Действие магнитного поля на проводники с током. Закон Ампера. Направление силы Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

 

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током,
находящийся в нем.
Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.

 

Направление движения проводника
зависит от направления тока в проводнике и от расположения полюсов магнита.

 

Закон Ампераустанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BIlsina (a — угол между направлением тока и индукцией магнитного поля ). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.

 

Закон Ампера применяется для определения силы взаимодействия двух токов. Рассмотрим два бесконечных прямолинейных параллельных тока I1 и I2; (направления токов указаны на рис. 167), расстояние между которыми равно R. Каждый из провод­ников создает магнитное поле, которое действует по закону Ампера на другой проводник с током. Рассмотрим, с какой силой действует магнитное поле тока I1 на элемент dl второго проводника с током I2. Ток I1 создает вокруг себя магнитное поле, линии магнитной индукции которого представляют собой концентрические окружности. Направление вектора B1 определяется правилом правого винта, его модуль по формуле (110.5) равен

 

 

Работа, совершаемая проводником с током при перемещении, численно равна произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником.

Формула остаётся справедливой, если проводник любой формы движется под любым углом к линиям вектора магнитной индукции.

Выведем выражение для работы по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле.

(И численно в тетради)

Работа, совершаемая при перемещении замкнутого контура с током в магнитном поле, равна произведению величины тока на изменение магнитного потока, сцепленного с этим контуром.

Действие магнитного поля на движущиеся заряды. Сила Лоренца. Направление силы Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

(в тетради формулы и в практике)

Сила Лоренца

— сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца.

 


Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной

F=maц

В этом случае частица движется по окружности.

Свойства ферромагнетиков

§ Магнитная восприимчивость (физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе.) ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

§ При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

§ Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса (свойство систем (физических, биологических и т.д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией)

Природа ферромагнетизма в настоящее время вполне ясна. У ферромагнитных веществ имеются неспаренные ( ответственные за ферромагнетизм) электроны, спины которых в сравнительно больших областях ориентируются в одном направлении. Каждая из таких областей, или, как их обычно называют, доменов, намагничена до насыщения. Разные состояния намагниченности всего образца отличаются взаимной ориентацией векторов намагниченности отдельных доменов: в размагниченном веществе они расположены хаотически, а в намагниченном направлены в одну сторону.

 

 

Семестр

Энергия магнитного поля

(в тетради)

 

Ток смещения.

Ток смещения или абсорбционный ток — величина, прямо пропорциональная быстроте изменения электрической индукции. Это понятие используется в классической электродинамике. Введено Дж. К. Максвеллом при построении теории электромагнитного поля.

(остальное в тетради)

Максвелл допустил, что такого рода процесс реально происходит в природе. Переменное электрическое поле в пустоте или внутри диэлектрика было названо им током смещения. Током названо потому, что это поле порождает магнитное поле точно так же, как и обычный ток. (Этим начинается, этим же и кончается сходство тока смещения с током проводимости.) Добавка «смещение», с одной стороны, говорит нам, что это не обычный ток, а нечто специфическое, а с другой стороны, напоминает о том отдаленном времени, когда с изменением электрического поля в пустоте связывалось смещение частиц гипотетического эфира.

Вопросы для физики

Магнитное поле, его свойства. Магнитные силовые линии прямолинейного и кругового токов, соленоида и тороида. Сила Ампера. Индукция магнитного поля.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Основные свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле порождается электрическим током ( = движущимися зарядами).
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток ( = движущиеся заряды).
3. Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально независимо от нас, от наших знаний о нём. Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля, как и реальности электрического поля, является факт существования электромагнитных волн (то есть посылка и приём радио- и телевизионных сигналов).

Тороидпредставляет собой тонкий провод, плотно (виток к витку) намотанный на каркас в форме тора (рис. 2.16).

В тороиде магнитное поле однородно только величине, т.е. по модулю, но направление его в каждой точке различно.

Все остальные подвопросы этого вопроса есть в защите лабы))*

Занятие по теме «Магнитное поле и его основные характеристики»

Цели:

Образовательная цель: сформировать у студентов представление об магнитном поле как об основном из видов материи и раскрыть свойства магнитного поля, его силовую характеристику и материальность.

Развивающая цель: расширить диалектическое представление о материи, о неразрывной связи вещества и поля. Развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать.

Воспитательная цель: воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.

Основные знания и умения:

  • Знать определение магнитного поля и его силовую характеристику.
  • Уметь применять правило буравчика для определения направления вектора индукции магнитного поля тока; графически изображать магнитные поля прямолинейного, кругового токов и соленоида, определять модуль вектора магнитной индукции.

Оборудование:

  • электрофорная машина, две изолирующие стойки;
  • магнитные стрелки, проволочные катушки;
  • постоянные магниты (полосовой и подковообразный), железные опилки;
  • источник постоянного тока;
  • компьютер;
  • мультимедиапроектор.

Демонстрации: взаимодействие постоянных магнитов; отсутствие магнитного поля вокруг проводника со статическим зарядом, существование магнитного поля вокруг проводника с током, взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально, взаимодействие витка с током и постоянным магнитом, взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону, взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны, постоянная ориентация вращающейся магнитной стрелки в магнитном поле.

Ход урока

I. Организационный момент.

Эпиграфом урока послужат слова Конфуция:

“Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это путь самый легкий, и путь опыта – это путь самый горький”.

В ходе урока мы воспользуемся тремя путями, которые ведут к знаниям, по мнению философа. Но какой путь для вас самый приемлемый решать вам.

II. Актуализация опорных знаний учащихся.

Я предлагаю ответить на вопросы тестового задания, путем размышления, опираясь на полученные знания предыдущих уроков.

Тест (взаимопроверка) I вариант А, II вариант Б.

1. Вычислить общее сопротивление участка цепи:

А) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R 3= 0, 2 Ом

Б) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3= 0, 2 Ом

2.

А) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при отсутствии в них электрических полей?
Б) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при наличии в них электрических полей?

3. При каком соединении проводников:

А) а) б ) Rоб =   в)
Б) а) I1 : I2 : I3 = б ) Uоб = U1 = U2 = … = Un в) I =

4. Дополнить одну из частей уравнения:

А) а) I = б) … = в)
Б) б) I = б) Q = I…Rt в ) Р =

Ответы:

1. А) 7,2 Ом Б) 5,7 Ом

2. А)Хаотически Б) направленно навстречу полю

3.

А) а) последовательном, б) при параллельном соединении n одинаковых проводников; в)при последовательном соединении.
Б) а)Параллельном б) параллельном в) при параллельном n одинаковых проводников.

4.

А) а) ; б) R; в) t.
Б) а) R; б) I 2; в) А.

III. Изучение нового материала.

  1. Вспомните как взаимодействуют неподвижные электрические заряды?
  2. Как определить силу взаимодействия неподвижных зарядов? (закон Кулона)
  3. Как осуществляется это взаимодействие? (согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля; каждый заряд создает электрическое поле, которое действует на другой заряд, и наоборот)
  4. Что такое электрическое поле?
  5. Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить нам, их надо привести в движение – создать электрический ток.
  6. Что такое электрический ток?

Проблема: Взаимодействуют ли между собой движущиеся заряды? Каков механизм этого взаимодействия?

Демонстрация взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально.

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Итак, тема сегодняшнего урока Магнитное поле и его основные характеристики

А что именно мы можем узнать о магнитном поле?

  • Определение магнитного поля и где оно образуется?
  • Свойства магнитного поля?
  • Как изобразить магнитное поле?
  • Какие величины характеризуют магнитное поле?
  • Сравнить с электрическим полем.

Тем самым мы с вами определили цели занятия.

Обсуждение.

1. Каков по аналогии с электрическим взаимодействием, должен быть механизм взаимодействия проводников с током?

Определение. Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Вывод. Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Работа с учебником: найти определение магнитного поля, прочитать, записать в тетрадь, рассказать соседу.

2. Будет ли отклоняться второй проводник, если выключить ток в первом проводнике? (Продемонстрировать)
3. Будет ли действовать магнитное поле на проводник без тока? (Продемонстрировать)
4. Что может служить индикатором магнитного поля?
5. Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, если по нему пропускать ток?

Сообщение студента (Приложение 1)

Работа в группах.

Задание 1. Повторить опыт Эрстеда.
Задание 2.Взаимодействие постоянных магнитов.
Задание 3. Взаимодействие витка с током и постоянным магнитом.
Задание 4 Взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону.
Задание 5. Взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны.

Отчет групп.

Вывод. Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле. Обнаруживается магнитное поле по действию на электрический ток.

Проблема: Каковы свойства магнитного поля?

Беседа, в результате которой получаем:

  1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
  2. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).
  3. Магнитное поле непрерывно и неограниченно.
  4. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.
  5. Действие магнитного поля может быть больше или меньше.
  6. Магнитное поле зависит от силы и направления электрического тока.

Следовательно, магнитное поле должно характеризоваться некоторой векторной величиной.

Проблема. Какая величина является характеристикой магнитного поля?

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Условились считать, что вектор магнитной индукции в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Сила, действующая со стороны магнитного поля на южный полюс стрелки, направлена в сторону противоположную вектору . Следовательно, в магнитном поле на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее таким образом, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля, т.е. с вектором .

Магнитные поля, в каждой точке которых действуют одинаковые по величине и направлению магнитные силы, называют однородными.

Вывод. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Магнитные поля могут быть однородными и неоднородными.

Эксперимент (приборы на столах)

  1. Вокруг проводника с током расположите несколько магнитных стрелок, включить ток. Как расположились стрелки?
  2. Измените направление тока. Как расположились стрелки?
  3. Сделать вывод.

Работа с учебником. Как определить направление вектора магнитной индукции?

Формулировка правила буравчика. (записать в тетрадь )

Проблема. Электрическое поле можно изобразить графически. А магнитное поле?

Вводится понятие линий магнитной индукции.

Виртуальная лабораторная работа “Наблюдение силовых линий магнитного поля”.

Цель работы: Изучить расположение силовых линий магнитного поля прямого тока, кругового тока, соленоида.

Выполнение работы:

  1. Работа с “Открытой физикой”.
  2. Тема: “Электричество и магнетизм”.
  3. Открыть модели: “Магнитное поле прямого тока”, “Магнитное поле кругового витка с током”, “Магнитное поле соленоида”.
  4. Для каждой модели зарисовать картинку с силовыми линиями магнитного поля.
  5. Изменить направление тока (сделать его отрицательным). Что изменилось?
  6. Сделать выводы по работе. Особенности линий магнитной индукции.

Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.

Работа в группах.

  1. Магнитное поле полосового магнита.
  2. Магнитное поле подковообразного магнита.

Отчет групп (готовят заранее слайды для презентации).

Понятие вихревого поля.

Вывод. Магнитные поля графически изображается линиями индукции. Линии индукции магнитного поля реально не существуют. Это удобная графическая модель характеристики направления сил магнитного поля. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Силовые линии однородного магнитного поля параллельны друг другу, а количество силовых линий через единичную площадку в любой области поля одинаково.

Какие это поля?

Ответ студентов. Чем они отличаются от однородного?

Решить задачи (Закрепить знание правила буравчика и применение этого правила).

1. По проводу идет электрический ток. В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А? в точку С?

2)

Вывод. Итак, мы научились находить направление вектора магнитной индукции. Надо научиться определять модуль В.

Проблема. Выяснить экспериментально, от чего зависит сила действующая на проводник с током в магнитном поле.

Установка на рис. 136 Физика – 10. Г. Я. Мякишев

Выясняем, что

— сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику;

—  Fmax ~ I

— не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника.

В =

Работа с учебником. Найти определение модуля вектора магнитной индукции, прочитать, записать в тетрадь и рассказать соседу.

Вывод. В каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его модуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током

IV. Закрепление материала.

I. Разбор вопросов (для сравнения электростатического и магнитного полей):

1) Что является источником:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

2) При помощи чего передается взаимодействие:

а) электрических токов? (магнитным полем одного тока на другой ток; магнитными силами)
б) электрических зарядов? (электрическим полем одного заряда на другой заряд; электрическими силами)

3) Что является индикатором:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

4) Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой только южный?

5) В романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” подлый Негоро один компас разбивает, а под другой подкладывает топор. А почему бы ему не разбить оба? И топор подложить нужно было умеючи, не так ли? Почему?

II. Решение задач.

1. Проводник, активная длина которого 0,3 м, находится в однородном магнитном поле перпендикулярно его линиям индукции. Определить индукцию магнитного поля, если оно, взаимодействуя с магнитным полем тока, выталкивает проводник с силой 1,2 Н, когда по нему проходит ток 4А (на доске с полным объяснением).

Самостоятельная работа.

I вариант

По проводнику длиной 45 см протекает ток силой 20 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещен проводник, если на проводник действует сила 9мН?

II вариант

Определите модуль силы, действующей на проводник с током длиной 20 см при силе тока 10 А в магнитном поле с индукцией 0,13 Тл.

V. Обобщение и подведение итогов урока. Мы сегодня с вами изучили Магнитное поле (пишем на доске в овале, напротив каждой стрелки – свойства, характеристики, т.е. составляем кластер “Магнитное поле”.

Итак, что же представляет собой магнитное поле? Магнитное поле- – это особый вид материи, о котором мы судим по его проявлению. Важнейшим свойством магнитного поля является его способность действовать с силой на проводник с током или движущиеся заряды. Природа магнитного поля до сих пор не раскрыта, но вот его свойства давно установлены и этими свойствами пользуются для решения различных задач.

VI. Домашнее задание: 11.2, заполнить таблицу “Сравнительная характеристика электрических и магнитных полей” (начата при изучении электрического поля).

Подготовить сообщения: “История развития магнетизма”, “Магнитное поле земли” (желательно с презентацией).

Исследователи создали сплав редких металлов, меняющий форму в магнитном поле

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами создали многофункциональные металлические сплавы, которые под воздействием магнитного поля демонстрируют одновременно два эффекта: выделение и поглощение тепла, а также изменение размеров и объема материала. Это происходит за счет перестроек внутри структуры вещества. Такие сплавы могут найти применение в медицине и промышленности. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале Key Engineering Materials. Проект поддержан Российским фондом фундаментальных исследований и выполнен в рамках государственных заданий Федерального агентства научных организаций и Министерства образования и науки Российской Федерации.

Магнитострикция – это явление, заключающееся в том, что при намагничивании тела его объем и линейные размеры изменяются. Изменение формы зависит как от свойств действующего магнитного поля, так и от структуры вещества. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов, таких как сплавы оксидов никеля, железа и кобальта. Однако магнитные свойства более редких металлов мало изучены и представляют сегодня большой интерес.

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого рассчитали, что сочетание таких металлов, как тербий, диспрозий, гадолиний и кобальт в соотношении 0,2:0,8-x:x:2, а также добавление к ним алюминия до соотношения 0,2:0,8-x:x:0,9:0,1, где x – переменное значение, позволяет добиться поглощения и выделения тепла, а также изменения размеров и формы в широком диапазоне температур, включая близкие к температуре человеческого тела. Сами сплавы изготавливали на базе Лейбниц Университета Ганновера.

Полученный материал может использоваться при создании магнитострикционных преобразователей. Они находят свое применение в качестве датчиков, фильтров и резонаторов, преобразующих магнитное поле в механические колебания и обратно. Это необходимо, например, в устройствах для контроля целостности материала. С их помощью можно обнаруживать пузырьки воздуха внутри конструкции, которые могут привести к трещинам и разрушению. Кроме того, преобразователи могут лечь в основу более чувствительных датчиков колебаний для регистрации подземных толчков, а также источников и приемников звука для подводных исследований.

Специалисты из Института металлургии и материаловедения РАН исследовали воздействие на сплав магнитного поля. Поверхность вещества буквально ощупывали тончайшей иголкой, похожей на звукосниматель в виниловом проигрывателе и способной так же фиксировать каждую выемку и бугорок. Различие состоит в том, что полученные данные преобразуются не в музыку, а в изображение. Ученые показали, что поверхность сплава полосатая и воздействие на материал магнитного поля влияет на расположение этих полос. Таким образом, можно увидеть перестройки структуры металла, отвечающие за магнитострикционный эффект.

«Преобразователи на основе наших сплавов будут прочнее и долговечнее существующих аналогов и смогут работать в широком диапазоне магнитных полей. Кроме того, весьма перспективен вариант применения сплавов в медицине. Изделия из них смогут менять форму под воздействием безопасного для человека магнитного поля. Например, внутренние каркасы для артерий, путешествующие по кровяному руслу в сложенном виде и распрямляющиеся в нужном месте. Это возможно благодаря тому, что наши материалы имеют область рабочих температур, близких к температуре человеческого тела», – отмечает Алексей Филимонов, заведующий кафедрой физической электроники Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Свойства линий магнитного поля

Когда ток проходит через проводник, он изменяет пространство вокруг проводника. Если магнитный полюс расположен в точке вблизи проводника, на магнитный полюс действует сила, обусловленная проводником с током. Силу между магнитным полюсом и проводником с током можно рассматривать как двухэтапный процесс. Ток через проводник создает что-то в пространстве вокруг проводника, что называется магнитным полем, и это магнитное поле оказывает силу на любой магнитный полюс, расположенный в этом регионе.Магнитное поле существует и существует даже тогда, когда нет магнитного полюса, на который можно было бы воздействовать. Магнитное поле проводника с током падает обратно пропорционально расстоянию от проводника.

Магнитное поле

Пространство вокруг проводника с током, в котором может ощущаться его магнитное действие, называется магнитным полем .

Как магнитное поле не является смежным с электрическим полем?

  • В то время как источником электрического поля является электрический заряд (скалярная величина), источником магнитного поля является элемент тока (векторная величина).Чтобы уточнить, источником магнитного поля является не магнитный заряд, а аналог электрического заряда. Это потому, что изолированного магнитного полюса не существует.
  • При этом имеется качественное несоответствие между силовыми линиями электрического поля из-за распределения заряда с суммарным зарядом и силовыми линиями магнитного поля из-за распределения тока. Поскольку силовые линии электрического поля из-за разделения заряда начинаются в одной точке и заканчиваются в разных точках, силовые линии магнитного поля из-за элемента тока начинаются и заканчиваются в одной и той же точке i.е. они образуют замкнутые петли.

Свойства магнитного поля

Линия магнитного поля — это путь, вдоль которого будет двигаться соседний северный полюс, если он свободен для этого. Поскольку изолированного магнитного полюса не существует, для построения силовых линий магнитного поля используется небольшая магнитная стрелка. Линии магнитного поля не существуют. Концепция линий магнитного поля была разработана для линий, чтобы визуализировать напряженность магнитного поля в различных областях поля.В областях, где силовые линии магнитного поля очень близки (переполнены), говорят, что магнитное поле очень сильное.

Линии магнитного поля

Ниже приведены некоторые важные свойства линий магнитного поля:-

  • Линии магнитного поля представляют собой замкнутые непрерывные петли, проходящие через тело магнита.
  • Вне корпуса магнита линии магнитного поля проходят от северного полюса к южному полюсу магнита.
  • Касательная к линии магнитного поля постоянно дает направление магнитного поля в этой точке.
  • Никакие две силовые линии магнитного поля не могут уничтожить друг друга.
  • Линии магнитного поля последовательно расширяются и сужаются в продольном направлении.

Можно отметить, что электрическое поле электрического диполя и магнитное поле стержневого магнита также совпадают. Хотя между двумя полями есть исконная отчетливость. Независимо от электрического поля электрического диполя электрические силовые линии берут начало от положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами. Поскольку изолированных магнитных полюсов не существует; В случае стержневого магнита силовые линии магнитного поля представляют собой замкнутые петли.Согласно интерпретации, силовые линии магнитного поля нигде не начинаются и не заканчиваются. Можно предположить, что они проходят через тело магнита. Только в отдаленных точках два поля (электрическое поле электрического диполя и магнитное поле стержневого магнита) выглядят очень похожими.

Правила определения направления магнитного поля

Направление магнитного поля, создаваемого проводником с током, можно определить, применяя два следующих закона:

  • Правило большого пальца правой руки – Если мы Держите проводник в ладони правой руки, а большой палец указывает в направлении течения тока, направление, в котором поворачиваются пальцы, дает направление силовых линий магнитного поля.

Правило большого пальца правой руки

Отсюда следует, что магнитное поле имеет форму концентрических окружностей, центры которых расположены непосредственно на проводнике.

  • Правило штопора Максвелла- Если правый штопор вращать так, чтобы он двигался в направлении потока через проводник, направление вращения винта дает край силовых линий магнитного поля.

Правило штопора Максвелла

Для тока, протекающего по проводнику в направлении, показанном на схеме, оба закона предсказывают, что силовые линии магнитного поля будут направлены против часовой стрелки, если смотреть сверху.

Примеры вопросов

Вопрос 1. Что такое магнит?

Ответ:  

Магнит представляет собой устройство из двух равных и противоположных магнитных полюсов, разнесенных на определенное расстояние. Двумя основными свойствами магнитов являются притяжение и направленность.

Вопрос 2. Что вы понимаете под направляющим свойством магнитного диполя?

Ответ:

Свободно подвешенный магнит всегда выравнивается по линии север-юг.

Вопрос 3. Почему кусок железа обычно не ведет себя как магнит?

Ответ:

В простом куске железа молекулы беспорядочно ориентированы и образуют замкнутые цепочки. Поскольку молекулярные магниты компенсируют действие друг друга, магнит не ведет себя как обычный кусок железа.

Вопрос 4. Что является источником магнитного поля (магнит

Ответ:

Магнетизм имеет электрическое происхождение.Электроны, движущиеся в атоме, ведут себя как маленькие петли с током, и эти петли с током порождают магнетизм.

Вопрос 5. Существует ли отдельный магнитный полюс подобно отдельному электрическому заряду?

Ответ:

Нет, изолированного магнитного полюса не существует.

Вопрос 6. Какова единица силы магнитного полюса?

Ответ:

Единица силы магнитного полюса амперметр (А·м).

Магнетизм: магниты, их свойства и типы, магнитное поле и потоки Экзаменационные уроки

СОДЕРЖАНИЕ

  • Магниты и их свойства.
  • Намагничивание и размагничивание.
  • Временные и постоянные магниты.
  • Магнитный поток.
  • Магнитное поле Земли.

МАГНИТ И ЕГО СВОЙСТВА

Магнит — это любой материал, способный притягивать другие куски того же материала, а также куски железа.Магнит — это железная руда, обладающая свойством притягивать куски железа. Вещество называется ферромагнитным, если оно притягивается магнитом. Примерами являются железо, кобальт, никель и некоторые сплавы. Вещества, которые не могут притягиваться магнитом, называются немагнитными материалами, например, латунь, дерево, медь и стекло.

СВОЙСТВА МАГНИТОВ

1. Концы магнита, где сила притяжения наибольшая, называются полюсами.

2. Стержневой магнит, свободно подвешенный в вертикальной плоскости, называемой магнитным меридианом, останавливается, ось которого направлена ​​с севера на юг.Часть, которая указывает на север, называется полюсом, ищущим север, или северным полюсом, а противоположный полюс называется южным полюсом

3. Подобные полюса магнита отталкиваются друг от друга, а разные полюса притягиваются друг к другу.

4. Полярность магнита можно проверить, приблизив оба полюса по очереди к известному полюсу подвешенного магнита. Отталкивание указывает на подобную полярность. Притяжение может быть вызвано двумя разноименными полюсами или полюсом и куском ненамагниченного материала. Следовательно, отталкивание — единственный надежный тест на полярность.

НАМАГНИЧИВАНИЕ И РАЗМАГНИЧИВАНИЕ

Намагничивание – это процесс, посредством которого материал становится магнитным. Это может быть достигнуто с помощью любого из следующих методов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Цилиндрическая катушка, намотанная несколькими витками изолированного медного провода, соединена последовательно с электрической батареей на шесть или двенадцать вольт и выключателем. Катушка такого типа называется соленоидом. Внутри катушки помещен стальной стержень. и ток включается на какое-то время.При удалении и проверке стали будет обнаружено, что она намагничена. Нет необходимости оставлять ток на долгое время, так как продолжительность времени не имеет значения, но вызывает перегрев. Полярность индукции зависит от направления течения тока. Поток по часовой стрелке в конце указывает на Южный полюс, а поток против часовой стрелки указывает на Северный полюс.

МЕТОД ОДНОГО ПРИКОСНОВЕНИЯ

Стальной стержень несколько раз проводят из конца в конец в одном и том же направлении известным полюсом магнита.Между последовательными ударами шест поднимается высоко над стержнем, в противном случае уже индуцированный магнетизм будет ослаблен. Недостатком этого метода является то, что он создает магниты, в которых один полюс находится ближе к концу стержня, чем другой.

МЕТОД РАЗДЕЛЕННОГО ПРИКОСНОВЕНИЯ

Здесь стальной стержень перемещается от центра наружу разноименными полюсами двух магнитов одновременно. Полярность, создаваемая в конце стержня, где заканчивается поглаживание, противоположна полярности поглаживающего стержня.

ЗАБИВАНИЕ В ЗЕМЛЕ

Магниты могут быть изготовлены путем забивания раскаленного докрасна стального стержня и охлаждения в направлении север-юг.

ИНДУЦИРОВАННАЯ МАГНИТНОСТЬ

Если кусок ненамагниченной стали поместить рядом с полюсом магнита или соприкоснуться с ним, а затем удалить, он намагничивается. Это называется индуцированным магнетизмом. Индуцированный полюс противоположен знаку индуцирующего полюса.

РАЗМАГНИЧИВАНИЕ

Это процесс, при котором магнит теряет свой магнетизм.Размагничивание можно осуществить следующим образом:

  1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Магнит помещают в соленоид, через который протекает переменный ток. Соленоид размещается так, чтобы его ось была направлена ​​на восток и запад. Через несколько секунд магнит медленно вытягивается из соленоида на большое расстояние. Это наиболее эффективный способ размагничивания магнита.

  1. МЕХАНИЧЕСКИЙ МЕТОД

Другой метод размагничивания магнитов — сильно ударить по нему, когда он направлен с востока на запад.

  1. МЕТОД НАГРЕВА

При сильном нагреве магнит теряет свой магнетизм.

ОЦЕНКА

  1. С помощью схемы объясните следующие методы намагничивания: электрическое, однократное и разделенное прикосновение.
  2. В чем недостаток использования метода разделенного касания?.

ВРЕМЕННЫЙ И ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Мягкое железо представляет собой чистое железо, а сталь представляет собой сплав железа и углерода. Сталь гораздо более твердый и прочный материал, чем мягкое железо.Сталь и железо имеют разные магнитные свойства.

Железо легче намагничивается, чем сталь, но быстро теряет свой магнетизм. Сталь производит более сильный магнит, поэтому сталь используется для изготовления постоянных магнитов, таких как стрелка компаса. Во временных магнитах, где магнетизм требуется на короткое время, используется железо, например электромагниты.

ОЦЕНКА

  1. Различие между сталью и железом в отношении магнетизма.
  2. Что такое магниты и как отличить магнитный материал от немагнитного?

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Магнитное поле – это пространство вокруг магнитов, в котором действует магнитная сила.Это векторная величина, и она изображается магнитными линиями. Направление магнитного потока в любой точке — это направление силы, действующей на северный полюс, помещенный в эту точку.

Вблизи двух магнитов, расположенных близко друг к другу, существует поле, в котором направление магнитного потока быстро меняется в замкнутом пространстве. Магнитный поток можно получить, используя железные наполнители.

Магнитный меридиан в любом месте представляет собой вертикальную плоскость, содержащую магнитную ось свободно подвешенного магнита, покоящегося под действием поля Земли.Географический меридиан в месте — это плоскость, содержащая место и земную ось вращения.

Угол между магнитным и географическим меридианом называется магнитным склонением. Угол падения или наклона — это угол между направлением магнитного потока Земли и горизонталью.

ОЦЕНКА

С помощью подходящей диаграммы объясните следующее. Магнитный поток, угол наклона и угол наклона.

ЗАДАНИЕ ПО ЧТЕНИЮ

Новая школьная физика для старших классов средней школы (М.В. АНЬЯКОХА, стр. 425—430).

ОБЩАЯ ОЦЕНКА

  1. Газ занимает определенный объем при 27 0 C. При какой температуре объем будет в три раза больше первоначального объема при постоянном давлении?
  2. Газ с начальным объемом 2X 10 6 м 3 расширяется в шесть раз по сравнению с первоначальным объемом при постоянном давлении 2X 10 5 Н/м 2, какая работа совершается?

ЗАДАНИЕ НА ВЫХОДНЫЕ

  1. Железная руда, которая притягивает к себе куски железа, называется —(A) железо (B) сталь (C) магнитный камень (D) кобальт
  2. Следующие вещества являются магнитными, кроме —(A ) кобальт (B) никель (C) железо (D) латунь
  3. Конец соленоида, где ток течет по часовой стрелке, представляет собой—(A) северный полюс (B) нейтральный полюс (C) южный полюс (D) магнитный экватор
  4. Магнитное вещество можно размагнитить, если —(А) уронить на пол.(B) бить молотком, пока раскален. (C) разделенное касание. (D) одно касание.
  5. Ниже приведены сплавы для изготовления мощных магнитов, кроме — (A) алкомакс (B) альнико (C) мумета (D) тиконал

ТЕОРИЯ

  1. Объясните термин магнитные поля
  2. Назовите и объясните три свойства магнит.
Присоединяйтесь к дискуссионному форуму и выполняйте задание : Найдите вопросы в конце каждого урока. Нажмите здесь, чтобы обсудить свои ответы на форуме

По вопросам размещения рекламы/партнерства пишите [email protected]

Загрузите наше бесплатное мобильное приложение для Android : Сохраняйте свои данные при использовании нашего бесплатного приложения. Нажмите на картинку, чтобы скачать. Нет подписки.

Мы заинтересованы в продвижении БЕСПЛАТНОГО обучения. Расскажите своим друзьям о Stoplearn.com. Нажмите кнопку «Поделиться» ниже!

Связанные

22.3 Магнитные поля и силовые линии магнитного поля – Колледж физики главы 1-17

Магнитные поля и силовые линии магнитного поля

  • Дайте определение магнитному полю и опишите линии магнитного поля различных магнитных полей.

Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка чувствует силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно размышлять о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности. Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле как представление магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.Как показано в [ссылка], направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -полем.

Линии магнитного поля имеют направление, которое указывает небольшой компас, помещенный в определенное место. (a) Если для картографирования магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в указанном направлении: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита.(Вспомните, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (b) Соединение стрелок дает непрерывные силовые линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. в) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, то было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые петли.

Небольшие компасы, используемые для проверки магнитного поля, не будут мешать ему. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с небольшим пробным зарядом.В обоих случаях поля представляют собой только объект, создающий их, а не зонд, проверяющий их.) [ссылка] показывает, как выглядит магнитное поле для токовой петли и длинного прямого провода, что можно исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для поля ввода и вывода из бумаги.

Для картирования полей, показанных здесь, можно использовать небольшие компасы.(а) Магнитное поле круглой петли с током подобно магнитному полю стержневого магнита. (b) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими круглые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвост стрелы), и поля, указывающего наружу (например, кончик стрелки).

Установление связей: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут действовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи.Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем силовые линии магнитного поля для представления поля (линии — это изобразительный инструмент, а не физическая сущность сама по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно обобщить следующими правилами:

  1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства.Маленький компас укажет направление линии поля.
  2. Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (называемой поверхностной плотностью).
  3. Линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
  4. Линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые петли без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному полюсу.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы существовали магнитные монополи, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

  • Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
  1. Поле касается линии магнитного поля.
  2. Сила поля пропорциональна плотности линий.
  3. Линии поля не могут пересекаться.
  4. Линии поля представляют собой непрерывные петли.

Объясните, почему магнитное поле не будет уникальным (то есть не будет иметь единственного значения) в точке пространства, где линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)

Перечислите сходство линий магнитного поля и линий электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства.Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.

Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии электрического поля пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что напряженность магнитного поля будет быстро уменьшаться по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?

Является ли магнитное поле Земли параллельным земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Одинакова ли его сила во всех местах? Если нет, то где он больше всего?

Глоссарий

магнитное поле
представление магнитных сил
Б — поле
другой термин для обозначения магнитного поля
линии магнитного поля
графическое изображение силы и направления магнитного поля
направление силовых линий магнитного поля
направление, которое указывает северный конец стрелки компаса

Невероятная странность магнитного поля Земли

Большинство людей не знают, что магнитное поле Земли имеет слабое место размером с континентальную часть Соединенных Штатов, парящее над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана.

Мы в безопасности от любого воздействия на землю, но нашим спутникам не так повезло: когда они проносятся через эту магнитную аномалию, они бомбардируются излучением, более интенсивным, чем где-либо еще на орбите. Есть основания полагать, что эта вмятина в магнитном поле, называемая Южно-Атлантической аномалией, только увеличивается.

Эта аномалия — далеко не единственная необычная особенность магнитного поля Земли.

Сотни раз в истории Земли наше магнитное поле меняло направление, переключая север и юг в планетарном триггере.Магнитный Северный полюс Земли тоже продолжает дрейфовать, спотыкаясь вокруг Арктики в хаотичном танце. И ученые обнаружили импульсы магнитного поля Земли, называемые геомагнитными рывками, которые могут нарушить работу наших навигационных систем.

Тем не менее прогнозирование этих изменений остается сложной задачей. «Как и прогнозы погоды, вы не можете предсказать эволюцию ядра за несколько десятилетий», — сказал Жюльен Обер, исследователь из Парижского института физики Земли.

Сила магнитного поля, измеряемая в нанотеслах, резко падает в районе Южно-Атлантической аномалии.Кредит: ЕКА

Но ученые хотят знать, как изменится магнитное поле Земли в будущем. Без магнитного поля спутники могут быть потеряны, а инструменты, основанные на тщательных магнитных моделях для навигации, могут сбиться.

Ответы придут еще не скоро. Магнитное поле защищает атмосферу Земли от вредного излучения, испускаемого Солнцем. Ученые узнают, что Солнце способно к выбросам — солнечным вспышкам — даже более разрушительным, чем мы когда-либо считали возможным, и понимание силы и вариаций нашего магнитного поля жизненно важно для понимания того, насколько мы можем быть подвержены риску следующей большой солнечной бури.

Железное сердце

Кукольник, приводящий в действие магнитное поле, — это ядро ​​Земли, перегретое сердце нашей планеты, которое горит так же жарко, как поверхность Солнца.

В ядре расплавленные металлы постоянно находятся в движении, поскольку горячие плавучие шлейфы более легкого материала поднимаются наружу. В самом центре находится небольшое затвердевшее внутреннее ядро, которое росло по мере остывания Земли.

Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил в это.

Эта планетарная анатомия закладывает основу для активного магнитного поля. Постоянная потребность ядра в самоохлаждении и, следовательно, в конвекции приводит в действие электрический генератор нашей планеты. Генератор создает самоподдерживающееся магнитное поле посредством процесса, называемого геодинамо. Математика геодинамо настолько запутана, что Альберт Эйнштейн не поверил теории, когда один из ее основателей, Уолтер М. Эльзассер, предложил ее ему.

Геодинамо работает, потому что естественная конвекция жидкого ядра проталкивает металлы через слабое существующее магнитное поле, возбуждая электрический ток.Из-за взаимосвязи между электричеством и магнетизмом ток создает второе магнитное поле, и процесс повторяется. Этот процесс был самоподдерживающимся на протяжении большей части истории Земли.

Хотя ядро ​​находится на расстоянии тысяч километров под нашими ногами, создаваемое им магнитное поле простирается далеко в космос, окружая планету подобно броне. Но броня нашей планеты не идеальна, и результаты могут быть душераздирающими.

Щель в броне Земли Геомагнитные рывки перемещаются вдоль силовых линий магнитного поля Земли, показанных здесь внутри ядра.Предоставлено: Жюльен Обер, IPGP/CNRS.

Ранним весенним днем ​​2016 года группы инженеров в Японии наблюдали, как их ценный спутник вышел из-под контроля.

Команда разработчиков Hitomi, спутника, запущенного всего 5 недель назад, надеялась, что космический корабль будет наблюдать за черными дырами, скоплениями галактик и другими высокоэнергетическими объектами. На спутнике даже был ценный рентгеновский калориметр — триумф трех десятилетий инженерной мысли.

Но каскад событий, начавшийся со встречи с Южно-Атлантической аномалией, казалось, обрек Хитоми на гибель.Проходя через аномалию, бортовая система, контролировавшая ориентацию спутника, дала сбой, когда он поворачивался для наблюдения за новым звездным скоплением. Маневр вызвал серию программных ошибок, из-за которых Хитоми бешено вращалась. Вскоре спутник развалился на 11 частей.

«Это научная трагедия», — сказал в то время Nature астроном из Университета Мэриленда в Колледж-Парке Ричард Мушоцки.

Другие космические корабли стали жертвами Южно-Атлантической аномалии.Интенсивность магнитного поля на высоте многих спутников в аномалии вдвое меньше, чем в других местах, и слабое поле не так эффективно отражает излучение. Внутренний радиационный пояс Ван Аллена, радиационный диск в форме пончика вокруг Земли, который улавливает высокоэнергетические частицы, прилегает намного ближе к поверхности аномалии из-за ослабленного поля.

Любой спутник на околоземной орбите — обычной высоте для спутников наблюдения за Землей — должен проходить через аномалию.Космический телескоп Хаббл проводит в этом регионе 15% своего срока службы и регулярно отключает свои светочувствительные камеры, чтобы избежать повреждений. Некоторые инструменты, такие как исследователь ионосферных соединений НАСА, отключают электрические компоненты детектора ультрафиолетовых фотонов каждый раз, когда они проходят через них. В первые дни Международной космической станции аномалия приводила к сбоям в работе компьютеров астронавтов.

Радиация оставляет зеленые и красные пятна на изображениях космического телескопа Хаббла во время прохождения через Южно-Атлантическую аномалию.Одна камера на борту телескопа может бодрствовать в аномалии, но ее изображения зашумлены. Кредит: ЕКА

Но иногда спутнику просто не везет. Эшли Грили, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, вспомнила CubeSat, который умер вскоре после запуска. Во время пусковых проверок и на этапе ввода в эксплуатацию «мы думаем, что энергичная частица попала в не то место и не в то время, и, к сожалению, мы так и не получили данных», — сказала она.

Растущая аномалия

Исследователи обнаружили Южно-Атлантическую аномалию в 1958 году, когда спутники впервые начали измерять радиацию в космосе.По словам Теренса Сабака из НАСА, теперь эта область заметно выделяется в большинстве моделей. «Все в значительной степени согласны с его размером, формой и силой». Хотя это все еще вопрос предположений, есть некоторые свидетельства того, что аномалия существует с самого начала 19 века, а может быть, и раньше.

Настоящие дебаты вокруг того, что аномалия будет делать дальше.

Возможно, вмятина расщепляется, или, возможно, появляется другое слабое место и вгрызается в нее.

Грили впервые увидела аномалию во время работы над докторской диссертацией.Просматривая спутниковые данные за 20 лет, она рассчитала размеры аномалии во время каждого прохода Солнечных аномальных и магнитосферных частиц. По ее словам, спутники на низкой околоземной орбите проходят через этот регион каждую неделю или около того, и транзит длится несколько минут.

Со временем Грили обнаружил, что Южно-Атлантическая аномалия перемещается на запад (примерно на 1° долготы каждые 5 лет) и чуть-чуть на север. В конце концов, «большая часть этого будет над сушей», сказала она.Прицел аномалии пройдет над Аргентиной, Боливией, Бразилией, Чили и Парагваем.

Прогноз ученого НАСА Вейджиа Куанга и профессора Эндрю Тангборна из Мэрилендского университета округа Балтимор показывает, что помимо миграции на запад, аномалия увеличивается в размерах. Через пять лет площадь ниже напряженности поля в 24 000 нанотесла (примерно половина нормальной магнитной силы) вырастет примерно на 10% по сравнению со значениями 2019 года. Вмятина также может расщепляться, сказал Куанг, или, возможно, другое слабое место появляется независимо и вгрызается в нее.

Южно-Атлантическая аномалия в настоящее время охватывает части южной части Африки, большую часть южной части Атлантического океана и Южной Америки. Прогнозируется, что через 5 лет регион будет расти и раздваиваться. Нажмите на изображение для увеличения. Авторы и права: Вейджиа Куанг и Теренс Сабака/NASA GSFC

Хотя прогнозируется, что вмятина будет расти в ближайшие 5 лет, невозможно делать прогнозы на большее будущее, сказал Куанг. Движение жидкости в ядре Земли настолько турбулентно, что небольшое возмущение в системе может привести к каскаду результатов, которые мы не можем предвидеть.Чем дальше вы идете во времени, тем больше безудержных ситуаций предостаточно.

Хотя будущее неопределенно, изучение аномалии «дает нам очень хорошее окно, чтобы понять не только динамику ядра», — сказал Куанг, но и «региональные свойства этой области».

К счастью, аномалия не может повредить жизни на поверхности, сказал Куанг. «Но если он продолжит ослабевать со временем, это может в конечном итоге повлиять на нас». Дыра в нашем поле подвергла бы нас воздействию высокоэнергетических частиц, которые могли бы вызвать скачок напряжения в энергосистемах и разъесть защитные газы в нашей атмосфере.

Магнитные колебания и блуждающий полюс

Дочь Чэнли Хуана часто слышала перед сном знакомую историю.

Однажды четверо слепых решили пойти в зоопарк, чтобы навестить слона. Они никогда раньше не встречали его и хотели знать, как он выглядит. Первый человек подошел к слону, ощупал его хобот и назвал его «изогнутым веслом». Второй коснулся своего хвоста и пришел к выводу, что он похож на палку. Третий человек осторожно погладил тело и сказал, что животное похоже на стену, тогда как четвертый ощупал его ногу и сказал, что оно похоже на столб.

По отдельности четверо мужчин поняли только одну часть слона. Но вместе они получили более четкое представление об истинной природе слона.

Старые исследователи погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах.

Хуан тоже рассказывает эту историю своему коллеге Пэншо Дуаню. У астрономов, изучающих недра Земли, нет возможности «почувствовать» истинную природу ядра. Но они могут исследовать различные аспекты, сотрудничать и сравнивать с другими, чтобы составить более полную картину.

Ученые уже давно занимаются этим поиском, иногда с фатальными последствиями. Исследователи прошлого погибли, пытаясь установить станции наблюдения в отдаленных местах, как обреченный английский исследователь сэр Джон Франклин, чья экспедиция по магнитным наблюдениям Северного полюса в 1845 году закончилась гибелью 129 человек и потерей двух кораблей.

Как только по всему миру возникли долгоживущие наземные обсерватории, ученые заметили странные отклонения в поле, в том числе, например, то, что наши магнитные Северный и Южный полюса свободно перемещаются по планете.Это правда, что полюса не соответствуют оси вращения Земли из-за неравномерного и турбулентного потока в ядре, но они также постепенно дрейфуют по мере того, как динамика ядра закручивает силовые линии. В прошлом веке магнитный Северный полюс прошел через канадскую Арктику, а с 2000-х годов он прогуливался по Северному Ледовитому океану.

Но иногда это постепенное движение ускоряется, казалось бы, случайным образом, и дрейф магнитного поля Земли идет в другом направлении. Эти отклонения называются геомагнитными рывками.

Вы можете заметить рывки на V-образных графиках изменения направления магнитного поля с течением времени. Предоставлено: Жюльен Обер, IPGP/CNRS из данных французского BCMT.

Ученые также называют рывки «V-образными» событиями на основании их появления на графиках скорости изменения поля с течением времени. События обычно длятся от 1 до 3 лет, а первый задокументированный случай был зафиксирован в 1902 году. С тех пор произошли десятки рывков.

Последний рывок был в 2016 году, когда он толкнул поле и резко сместил дрейф Северного полюса.Мероприятие было довольно неудобным, потому что ученые только что выпустили 5-летнюю модель магнитного поля Земли под названием «Мировая магнитная модель» (WMM). Команде WMM пришлось досрочно обновить модель, чтобы избежать недопустимых навигационных ошибок.

Хотя происхождение рывков является предметом активных исследований, недавнее исследование в журнале Nature Geoscience, проведенное Обером и Крисом Финли из Технического университета Дании, предполагает, что рывки могут возникать из-за толчка и притяжения сил внутри Земли (бит.ly/jerks-research). Когда горячий шлейф прорывается сквозь внешнее ядро, тонкий баланс между планетарными, вращательными и электромагнитными силами нарушается. Неуравновешенные силы посылают содрогание вдоль силовых линий магнитного поля в виде волн.

Возможно, следующий рывок уже начался. Недавний анализ, проведенный Хуаном и Дуаном, предсказал, что следующее событие произойдет в 2020 или 2021 году.

В этом случае ученым может потребоваться обновить магнитные карты, на которые опирается промышленность и деятельность правительства.Компании, занимающиеся бурением нефти и газа, например, используют точно настроенные магнитные модели для бурения скважин. Но не все рывки вызывают изменение направления, поэтому время покажет, каким будет результат.

Толчки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемую тему, затрагивающую наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.

Однако еще слишком рано знать, происходит ли рывок прямо сейчас. Финлей, член группы, которая публикует модели магнитного поля каждые 6 месяцев, сказал, что невозможно идентифицировать геомагнитные рывки до тех пор, пока они не произошли, потому что исследователи должны просматривать данные с течением времени.По словам Финли, потребуется около 2 лет, чтобы узнать наверняка.

Независимо от того, произойдет ли следующее событие, геомагнитные толчки являются частью наблюдения за «слоном» магнитного поля Земли. Толчки могут пролить свет на тепловые свойства ядра — горячо обсуждаемую тему, которая влияет на наши представления обо всем, от возраста ядра до начала тектоники плит.

Разгадка тайны происхождения придурка устранит «камень преткновения» будущих предсказаний магнитного поля, сказал Обер, что-то, что нам крайне необходимо, чтобы лучше понять защитную броню нашей планеты.

Как избежать Судного дня

Владимир Айрапетян не скупится на слова, когда речь идет об апокалиптических сценариях и нашем магнитном поле.

На изображении художника показана солнечная вспышка, покидающая Солнце и несущаяся к Земле. Кредит: НАСА

В одном мрачном сценарии катастрофически мощная солнечная вспышка охватывает Землю и разрушает озоновый слой, подвергая нас вредному ультрафиолетовому излучению, которое, как известно, вызывает рак. По словам Айрапетяна, через 6–12 месяцев, которые потребуются для восстановления нашего озонового слоя, мы будем жить как «ночные животные».

«Вам придется уйти под землю и выйти на улицу в ночное время», — сказал Айрапетян, ученый НАСА из Центра космических полетов имени Годдарда. «Это сценарий голливудского типа».

Рассказы о катастрофическом отказе нашего поля являются частью знаний о работе с магнитным полем Земли. Люди всегда хотят знать: «Когда происходят действительно, очень плохие вещи?» — сказал Обер.

Хотя господствующая наука предполагает, что эти сценарии конца света возможны, они крайне маловероятны.Магнитное поле Земли непостоянно, кратерировано и постоянно меняется, но у ученых нет оснований полагать, что поле не защитит нас в ближайшие десятилетия — а, скорее всего, и столетия.

Даже один из самых драматических сценариев, инверсия магнитного поля, неправдоподобен в обозримом будущем. Последняя инверсия произошла 780 000 лет назад, и исследователи предполагают, что за многомиллиардное время существования магнитного поля полюса менялись сотни раз.

Наша звезда может выпустить вспышку невероятных масштабов.

Но у ученых нет убедительных доказательств того, что нас ждет инверсия поля, сказала Кэтрин Констебл, ученый из Океанографического института Скриппса, изучающая инверсию магнитного поля. По словам Констебла, поле меняется так постепенно, что у нас будет справедливое предупреждение, по крайней мере, через несколько десятилетий.

Возможно, из космоса исходит более серьезная опасность. Магнитное поле — наша главная линия защиты от натиска высокоэнергетических частиц Солнца. Недавнее исследование Айрапетяна предполагает, что в нашей Солнечной системе возможны гигантские солнечные вспышки.Наблюдения за другими звездами, подобными Солнцу, показывают, что наше Солнце способно испускать вспышки эпических масштабов.

Конгресс принял PROSWIFT (Закон о содействии исследованиям и наблюдениям за космической погодой для улучшения прогнозирования завтрашнего дня) в 2020 году, чтобы вложить деньги в исследования космической погоды, которые авторы закона назвали вопросом национальной безопасности. Гелиофизика — самое маленькое подразделение в НАСА, поэтому Айрапетян «очень рад» дополнительному финансированию и поддержке, чтобы узнать, какие космические опасности ждут его впереди.

До тех пор наше магнитное поле будет продолжать делать то, что у него получается лучше всего: дрейфовать, дрожать и трансформироваться в следующую грандиозную конфигурацию.

Информация об авторе

Дженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель

Благодарности

Эос благодарит Weijia Kuang, которая по запросу любезно предоставила прогноз южноатлантической аномалии.

Ссылка:

Данкомб, Дж.(2020), Скачкообразная странность магнитного поля Земли, Эос, 101 , https://doi.org/10.1029/2020EO152466. Опубликовано 21 декабря 2020 г.

Текст © 2020. АГУ. CC BY-NC-ND 3.0
Если не указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.

Родственные

Свойства силовых линий магнитного поля с диаграммой

Ранее мы обсуждали Электрическое поле и Линии электрического поля .Подобно силовым линиям электрического поля, в магнитном поле существуют силовые линии магнитного поля . В этой статье мы собираемся обсудить определение и свойства силовых линий магнитного поля и схему силовых линий магнитного поля для стержневого магнита, соленоида, прямого провода и круглого провода.

Содержание в этой статье:

  • Что такое силовые линии магнитного поля?
  • Каково физическое значение силовых линий магнитного поля?
  • 0 Направление линий магнитного поля
  • свойства линий магнитных полей
  • Линии магнитного поля вокруг бара магнита
  • Линии магнитных полей соленоида 5
  • Линии магнитного поля от прямого провода с током
  • Линии магнитного поля от круглого провода с током
  • Почему силовые линии магнитного поля представляют собой замкнутые кривые?
  • Почему две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются?

Что такое линия магнитного поля?

Если мы поместим единичный северный полюс стрелки или компаса во внешнее магнитное поле , он будет постоянно отклоняться или двигаться из-за магнитной силы, действующей на него.Теперь, если мы нарисуем путь или линию, соединяя положения Северного полюса во время его движения, тогда эта линия будет называться линией магнитного поля. Другое название — магнитные силовые линии. В области магнитного поля будет бесконечное количество силовых линий магнитного поля. Все линии поля являются воображаемыми линиями.

Физическое значение силовых линий магнитного поля

Физическое значение линий магнитного поля состоит в том, что касательная в любой точке на линии магнитного поля дает направление магнитного поля в этой точке.

Направление силовых линий магнитного поля

Линии магнитного поля начинаются от северного полюса и заканчиваются на южном полюсе вне магнита. Таким образом, направление силовых линий магнитного поля — от северного полюса к южному полюсу.

Свойства линий магнитного поля

Все свойства силовых линий магнитного поля следующие:

  1. Линии магнитного поля являются воображаемыми линиями.
  2. Линии магнитного поля начинаются от северного полюса магнита и заканчиваются у южного полюса.
  3. В отличие от линий электрического поля линии магнитного поля являются замкнутыми линиями. Это основное различие между линиями электрического поля и линиями магнитного поля.
  4. Касательная в любой точке линии магнитного поля дает направление магнитного поля в этой точке.
  5. Две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются.
  6. Силовые линии магнитного поля представляют собой прямые линии в однородном магнитном поле, т. е. когда магнитное поле постоянно в определенной области.

Силовые линии для различных типов магнитов

Здесь мы собираемся нарисовать линию магнитного поля для стержневого магнита, соленоида , прямого провода и круглого провода.

Свойства линий магнитного поля вокруг стержневого магнита Линии магнитного поля вокруг стержневого магнита
  1. Линии магнитного поля начинаются от северного полюса и заканчиваются на южном полюсе снаружи магнита. Но внутри стержневого магнита линии магнитного поля начинаются с южного полюса и заканчиваются на северном полюсе.
  2. Плотность силовых линий снаружи меньше, чем внутри стержневого магнита. Итак, сила магнитного поля больше у полюса и внутри стержневого магнита.
  3. Линии магнитного поля представляют собой изогнутые линии снаружи, тогда как линии поля представляют собой прямые линии внутри стержневого магнита.

Свойства линий магнитного поля соленоида Линии магнитного поля соленоида

При прохождении тока через соленоид внутри него возникает магнитное поле.Это означает, что соленоид ведет себя как магнит. Таким образом, у него будут северный и южный полюса, как показано на диаграмме.

  1. Внутри соленоида имеется однородное магнитное поле. Итак, линии магнитного поля представляют собой прямые линии внутри соленоида .
  2. Снаружи магнитное поле неоднородно, а силовые линии представляют собой изогнутые линии.
  3. Плотность силовых линий на полюсах больше, чем в любой другой точке за пределами соленоида. Итак, сила магнитного поля больше у полюса и внутри соленоида.

Линии магнитного поля для прямого провода с током Линии магнитного поля для прямого провода с током

Линии магнитного поля вокруг прямого провода с током представляют собой замкнутые круговые линии. Сила магнитного поля одинакова во всех точках круговой силовой линии.

Линии магнитного поля круглого провода с током Линии магнитного поля от круглого провода с током

Рядом показаны силовые линии магнитного поля круглого провода с током.Здесь мы взяли ток по часовой стрелке через круглый провод.

Почему силовые линии магнитного поля представляют собой замкнутые кривые?

Магнитный монополь не существует . У магнита всегда есть северный полюс и южный полюс. Следовательно, линии магнитного поля начинаются от северного полюса магнита и заканчиваются на южном полюсе того же магнита, поскольку там существуют оба полюса. Таким образом, силовые линии магнитного поля всегда являются замкнутыми кривыми.

Почему две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются?

Мы знаем, что касательная в любой точке линии магнитного поля дает направление магнитного поля в этой точке.Теперь, если две линии магнитного поля пересекаются в какой-либо точке, мы получим две касательные в этой точке из-за двух силовых линий. Это означает, что мы можем получить два направления магнитного поля в этой точке. Но в одной точке не может быть двух направлений магнитного поля. Следовательно, две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются.

Это все из этой статьи о магнитных силовых линиях и их свойствах . Если у вас есть какие-либо сомнения по этой теме, вы можете спросить меня в разделе комментариев.

Спасибо!

Похожие сообщения :

  1. Магнитное поле – происхождение, определение и единицы измерения
  2. Как определить направление магнитного поля?
  3. Свойства линий электрического поля .

Свойства магнитных силовых линий

Воображаемые линии, представляющие направление магнитного поля, известны как магнитные силовые линии. Снаружи магнита их направление от Северного полюса к Южному полюсу, а внутри магнита — от юга к Северному полюсу.Их плотность уменьшается, когда они перемещаются из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.

Свойства магнитных силовых линий:

(i) Магнитные силовые линии представляют собой замкнутые непрерывные кривые, проходящие через тело магнита. Они текут от южного полюса к северному полюсу внутри материала и от северного полюса к южному полюсу в воздухе.

(ii) Силовая линия направлена ​​от северного полюса к южному полюсу вне магнита, а от южного полюса к северному внутри магнита.В одном стержневом магните, как показано справа, они пытаются образовать замкнутые петли от полюса к полюсу.

(iii) Касательная к магнитной силовой линии в любой точке дает направление магнитного поля в этой точке, (т. е.) дает направление магнитной индукции (B) в этой точке.

(iv) Они никогда не пересекаются друг с другом. Эти линии не пересекаются, потому что если бы они пересекались, то это означало бы два значения магнитного поля в одной точке, что невозможно.

(v) Толпа там, где магнитное поле сильное, и редеет там, где поле слабое. У полюсов магнита магнитное поле сильнее, потому что силовые линии там сгущены, а вдали от полюсов магнитное поле слабое.

(vi) Все они имеют одинаковую силу. Сила магнитных линий везде одинакова и пропорциональна тому, насколько близко расположены линии. Их плотность уменьшается (они расширяются), когда они перемещаются из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.Их плотность уменьшается по мере удаления от полюсов.

(vii) Магнитные силовые линии представляют собой замкнутые непрерывные кривые, которые выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Внутри магнита эти линии направлены от южного к северному полюсу.

(viii) Направление магнитного поля в любой точке совпадает с касательной к магнитной силовой линии, проходящей через эту точку. Магнитные силовые линии между двумя разными полюсами сокращаются в продольном направлении.Расширение линий магнитного поля нарастает в боковом положении и сужение в продольном.

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: магнитные поля


Магнитные поля отличаются от электрических полей. Хотя оба типа полей взаимосвязаны, они выполняют разные функции. Идея линий магнитного поля и магнитных полей была впервые рассмотрена Майклом Фарадеем , а затем Джеймсом Клерком Максвеллом .Оба этих английских ученых сделали великие открытия в области электромагнетизма .

Магнитные поля — это области, в которых объект проявляет магнитное влияние. Поля воздействуют на соседние объекты вдоль так называемых силовых линий магнитного поля. Магнитный объект может притягивать или отталкивать другой магнитный объект. Вы также должны помнить, что магнитные силы НЕ связаны с гравитацией. Величина гравитации зависит от массы объекта, а магнитная сила зависит от материала, из которого сделан объект.

Если вы поместите объект в магнитное поле, он будет затронут, и эффект будет происходить вдоль силовых линий. Во многих экспериментах в классе наблюдают, как маленькие кусочки железа (Fe) выстраиваются вокруг магнитов вдоль силовых линий. Магнитные полюса — это точки, в которых начинаются и заканчиваются силовые линии магнитного поля. Силовые линии сходятся или сходятся на полюсах. Вы, наверное, слышали о полюсах Земли. Эти полюса — места, где линии поля наших планет сходятся.Мы называем эти полюса северным и южным, потому что именно там они расположены на Земле. Все магнитные объекты имеют силовые линии и полюса. Он может быть маленьким, как атом, или большим, как звезда.

Вы знаете о заряженных частицах. Есть положительные и отрицательные заряды. Вы также знаете, что положительные заряды притягиваются к отрицательным зарядам. Французский ученый по имени Андре-Мари Ампер изучал взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Он обнаружил, что магнитные поля создаются движущимися зарядами (током).А на движущиеся заряды действуют магниты. С другой стороны, стационарные заряды не создают магнитных полей и не подвержены влиянию магнитов. Два провода с текущим током, расположенные рядом друг с другом, могут притягиваться или отталкиваться, как два магнита. Все дело в движущихся зарядах. Магниты являются простыми примерами естественных магнитных полей. Но знаете что? Земля имеет огромное магнитное поле. Поскольку ядро ​​нашей планеты заполнено расплавленным железом (Fe), существует большое поле, которое защищает Землю от космической радиации и частиц, таких как солнечного ветра .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.