Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Pole magnetyczne to pole, które można zdefiniować jako przestrzeń wokół magnesu, w której działają siły magnetyczne.

Jak wiesz, prąd elektryczny może mieć różne skutki, na przykład termiczne, chemiczne i magnetyczne. Działanie magnetyczne przejawia się np. w tym, że między przewodnikami z prądem powstają siły oddziaływania, które nazywane są siłami magnetycznymi.

Oddziaływanie magnetyczne

Już w starożytności zauważono, że jedne ciała przyciągają inne ciała. Bursztyn należy pocierać, aby przyciągał włosy lub skrawki materiału, ale magnesy zawsze przyciągają, ale tylko przedmioty z żelaza.Starożytni ludzie odkryli również, że magnes może spowodować, że inne ciało wykonane z żelaza nabierze właściwości magnetycznych, jeśli będzie trzymane wystarczająco blisko magnesu. Zauważyli również, że dwie strony magnesu mają różne właściwości – magnesy zwrócone do siebie mogą się przyciągać lub odpychać.

Wiemy już, że między biegunami materiału magnetycznego występuje pole magnetyczne. Bieguny to północ i południe. Prawdopodobnie doświadczyłeś, że kiedy połączysz dwa magnesy, albo się przyciągają, albo odpychają. Dzieje się tak, ponieważ bieguny magnetyczne o różnych nazwach (północ-południe) przyciągają się, a bieguny o tej samej nazwie (północ-północ, południe-południe) odpychają.

Pole magnetyczne ciała jest często przedstawiane jako diagram linii pola. Jeśli wprowadzisz ciało ferromagnetyczne do pola magnetycznego, ustawi się ono wzdłuż linii pola. Ferromagnesy to najbardziej znane magnesy, które wytwarzają trwałe pole magnetyczne.

Jeśli zbliżymy kilka żelaznych spinaczy do papieru w pobliże magnesu, zauważymy, że większość spinaczy zgromadzi się na końcach magnesu (zwanych biegunami), ponieważ tam siła magnetyczna jest największa. Jednak w środku magnesu ma najmniejszą wartość. Siły magnetyczne działają w przestrzeni wokół magnesu i wytwarzają to samo pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest niewidoczne, ale za pomocą opiłków żelaza można zaobserwować jego działanie (patrz zdjęcie 1).

Ryż. 1. Opiłki żelaza układają się w charakterystyczny sposób - tworzą linie wokół magnesu.
Te linie pokazują kształt pola magnetycznego, które rozwinęło się wokół magnesu sztabkowego.

Większość opiłków żelaza gromadzi się w pobliżu biegunów, a reszta wzdłuż linii pola. Są to linie pola magnetycznego otaczające magnes. Opiłki żelaza są namagnesowane, tzn. nabierają właściwości magnetycznych i stają się małymi magnesami, które się przyciągają.

Obraz linii pola magnetycznego dla niektórych typów magnesów

Zacznijmy od obrazu linii pola magnetycznego. Służą do wizualizacji pola magnetycznego. Na zewnątrz magnesu linie pola zawsze biegną od bieguna północnego do południa. Ponieważ pole magnetyczne jest polem zamkniętym, muszą poruszać się z południa na północ wewnątrz magnesu. Gęstość linii pola dostarcza informacji o sile pola magnetycznego; im gęstsze linie pola, tym większa siła pola magnetycznego.

Pole magnetyczne magnesu sztabkowego

Rysunek 2 poniżej pokazuje pole magnetyczne magnesu sztabkowego. Magnes sztabkowy jest trwały i ma biegun północny i południowy.

Ryż. 2. Pole magnetyczne magnesu sztabkowego

Jeśli porównamy pole magnetyczne z elektrycznym, to zamiast biegunów dodatnich i ujemnych mamy północ i południe. Ten rysunek pokazuje przebieg linii pola od bieguna północnego do południowego.Można tu również zauważyć, że gęstość linii pola nie jest stała dla magnesu sztabkowego. Jest wyższy na biegunach niż między biegunami. Sugeruje to, że pole magnetyczne jest silniejsze bezpośrednio na biegunach niż między biegunami.

Pole magnetyczne magnesu w kształcie podkowy

Oprócz magnesu sztabkowego istnieją inne formy magnesów trwałych. Jednym z ważnych kształtów jest magnes w kształcie podkowy, który może być okrągły lub kwadratowy.

Ryż. 3. Pole magnetyczne magnesu w kształcie podkowy

Jak widać, pole magnetyczne wewnątrz podkowy jest jednorodne (patrz rysunek 3). Jednorodność oznacza, że pole magnetyczne jest stałe i niezależne od lokalizacji. Jednorodne pole magnetyczne na diagramie linii pola można rozpoznać po równoległych liniach pola rozmieszczonych w tej samej odległości. Dlatego siła pola magnetycznego w jednorodnym polu magnetycznym jest taka sama w każdym punkcie.

Pole magnetyczne dwóch magnesów sztabkowych

Spójrzmy na inny przykład pola magnetycznego (patrz rysunek 4 poniżej):

Ryż. 4. Pole magnetyczne dwóch magnesów sztabkowych

Te linie pola pokazują, że dwa magnesy o tej samej biegunowości odpychają się. Z tego możemy wywnioskować, że te same bieguny się odpychają, a różne przyciągają.

Pole magnetyczne planety Ziemia

Ale co bieguny magnesu mają wspólnego z północą i południem Ziemi? Możesz zbliżyć się do odpowiedzi, zadając sobie pytanie, jak działa kompas.

Ryż. 5. Kompas wyrównuje się z polem magnetycznym

Ziemia też posiada pole magnetyczne (patrz rysunek 5), którego początek leży na biegunach, tj. na biegunie północnym i południowym. Igła kompasu jest stałym magnesem sztabkowym i wyrównuje się z tym polem. W tym przypadku północna część igły kompasu jest przyciągana do południowego bieguna ziemskiego pola magnetycznego.Dlatego geograficzne południe leży na północy magnetycznej.

Pole magnetyczne przewodnika z prądem elektrycznym

Gdy rozrzucisz małe metalowe opiłki wokół magnesu i przewodnika, przez który przepływa prąd elektryczny, utworzą one pewne geometryczne kształty. Wiesz już, że zjawisko to jest spowodowane polem magnetycznym wytwarzanym przez magnes. Czy tak samo będzie z Explorerem?

Obecność pola magnetycznego można sprawdzić za pomocą igły magnetycznej, która jak wiadomo jest częścią kompasu. Jak wiemy, igła magnetyczna ma dwa bieguny: północny i południowy. Linia łącząca bieguny igły magnetycznej nazywana jest osią. jestem osią. Ponadto wiemy, że północny biegun igły magnetycznej wskazuje południowy biegun magnetyczny, a południowy biegun strzałki wskazuje północny biegun magnetyczny.

Obok magnesu wyrównuje się z liniami pola magnetycznego i wskazuje biegun południowy. Za pomocą igły magnetycznej określa się pozycje biegunów magnetycznych Ziemi i kierunki geograficzne.Czy pole magnetyczne występuje tylko wokół magnesów i Ziemi? Aby się tego dowiedzieć, musisz przeprowadzić doświadczenie, które odzwierciedla oddziaływanie przewodnika z prądem elektrycznym i igłą magnetyczną.

Doświadczenie Oersteda.

W celu przeprowadzenia doświadczenia umieść przewodnik będący częścią obwodu elektrycznego źródła prądu nad igłą magnetyczną równolegle do jej osi (patrz rysunek 6).

Ryż. 6. Oddziaływanie przewodnika z prądem elektrycznym i igłą magnetyczną

Odchylenie igły magnetycznej w pobliżu przewodnika, przez który przepływa prąd elektryczny, wskazuje na obecność pola magnetycznego. Kierunek odchylenia igły magnetycznej zależy od kierunku, w którym płynie prąd elektryczny. Związek ten został odkryty przez Hansa Christiana Oersteda w 1820 roku. Jego doświadczenie miało ogromne znaczenie dla rozwoju doktryny zjawisk elektromagnetycznych.

W ten sposób możesz wydrukować następujące 3 wyjścia:

    Pole magnetyczne istnieje wokół każdego przewodnika z prądem elektrycznym, czyli wokół poruszających się ładunków elektrycznych. Prąd elektryczny i pole magnetyczne są ze sobą nierozerwalnie związane.
  1. Kierunek linii pola magnetycznego można znaleźć za pomocą igły magnetycznej. Kierunek linii pola magnetycznego zależy od kierunku przepływu prądu elektrycznego.
  2. Położenie linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem zależy od jego kształtu.

Dlatego wokół stacjonarnych ładunków elektrycznych istnieje tylko pole elektryczne, a wokół ładunków ruchomych, tj. prąd elektryczny, istnieją zarówno pola elektryczne, jak i magnetyczne. Pole magnetyczne powstaje wokół przewodnika, gdy przepływa w nim prąd elektryczny, więc prąd elektryczny należy traktować jako źródło pola magnetycznego. Wyrażenia „pole magnetyczne prądu elektrycznego” lub „pole magnetyczne wytwarzane przez prąd elektryczny” należy rozumieć w tym znaczeniu.

Peryszkin A.V. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010. [2]

Czy zmiana kształtu przewodnika zmieni kształt pola magnetycznego?

Linie sił pola magnetycznego wokół przewodnika skręconego w pętlę są w nim zagęszczone. Jeśli drut nawiniemy wielokrotnie, otrzymamy cewkę, a opiłki żelaza ułożą się tak samo jak wokół magnesu (patrz rysunek 7).

Ryc. 7. Opiłki żelaza odbijają linie pola magnetycznego

Elektromagnesy i ich zastosowania

Istnienie pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem elektrycznym jest szeroko stosowane w inżynierii i przemyśle. Często stosuje się urządzenia zwane elektromagnesami. Elektromagnes składa się z cewki, rdzenia i źródła napięcia (patrz rysunek 8).

Ryż. 8. Budowa elektromagnesu

Rdzeń ferromagnetyczny elektromagnesu odgrywa ważną rolę. Wewnątrz niej powstają pola magnetyczne, które wzmacniają pole magnetyczne cewki.

Drobne produkty wykonane z materiałów ferromagnetycznych najsilniej przyciągają bieguny elektromagnesu. Możemy zatem stwierdzić, że pole magnetyczne wokół elektromagnesu jest podobne do pola magnetycznego magnesu sztabkowego.

Użycie elektromagnesów.

Ryż. 9. Elektromagnesy są urządzeniami o dużym znaczeniu praktycznym. Znajdują zastosowanie dosłownie wszędzie: od zamków do drzwi, dzwonków i głośników po sprzęt przemysłowy i pociągi dużych prędkości, a także sprzęt medyczny i badawczy.

Elektromagnesy mają różne zastosowania. Na przykład na złomowiskach dźwigi elektromagnetyczne przesuwają wraki samochodów.

Elektromagnesy są również stosowane w elektrozamkach. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez elektromagnes, powstaje pole magnetyczne, które silnie oddziałuje na metalową (stalową) część zamka (rygla).Powoduje to ruch klapy i otwarcie drzwi. Gdy drzwi są zamknięte, odpowiednio ustawiona sprężyna przesuwa rygiel i blokuje zamek. Zamek można otworzyć po ponownym podłączeniu zasilania.

Najsilniejsze elektromagnesy stosowane są między innymi w akceleratorach do sterowania ruchem cząstek o dużej energii. Do niedawna pole magnetyczne wytwarzane przez przewodniki z prądem kontrolowało ruch elektronów w kineskopach telewizyjnych i monitorach komputerowych.

Referencje

    Sivukhin D. V. Ogólny kurs fizyki. - Ed. 4, stereotypowe. - M.: Fizmatlit; Wydawnictwo MIPT, 2004. - t. III. Elektryczność. - 656 s.
  1. Peryszkin A.V. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Elektryk