Магнитное поле

Слово «магнит» произошло от названия города Магнессии (теперь это город Маниса в Турции).
«камень Геркулеса». «любящий камень», «мудрое железо», и «царственный камень»

Магнитное поле
это особый вид материи, невидимый и неосязаемый для человека, существующий независимо от нашего сознания. Еще в древности ученые-мыслители догадывались, что вокруг магнита что-то существует.
1

1) Магнитное поле
силовое поле в пространстве, окружающем электрические токи и постоянные магниты
- создаётся движущимися зарядами!
- действует на движущиеся заряды!

2) Магнитные взаимодействия
- это взаимодействия между проводниками с электрическим током
Магнитные силы- это силы, с которыми проводники действуют друг на друга

Опыт Эрстеда ( 1820г.)
показывает, как взаимодействует проводник с током и магнитная стрелка. При замыкании электрической цепи магнитная стрелка отклоняется от своего
первоначального положения, при размыкании цепи
магнитная стрелка возвращается в свое первоначальное положение.
Профессор Г.Х. Эрстед (Дания) при проведении опыта

Магнитная стрелка ориентируется около проводника. Вокруг проводника с током существует магнитное поле

Магнитная стрелка
Это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока.
Она представляет из себя маленький магнит,
установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный . Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы.
Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на "север".

3) Вектор магнитной индукции
- это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля
Обозначение - В
Единица измерения - 1Тл (Тесла)
М-вращающий момент
ℐ- сила тока
? – площадь рамки

Задачи
1.Максимальный вращающий момент, действующий на рамку площадью 1 см 2 , находящуюся в магнитном поле, равен 2 мкН·м. Сила тока в рамке 0,5 А. Найти индукцию магнитного поля.
2. Рамка площадью 400 см 2 помещена в однородное магнитное поле индукцией 0,1Тл так, что нормаль к рамке перпендикулярна линиям индукции. При какой силе тока на рамку будет действовать вращающий момент 20 мН·м

3. Плоская прямоугольная катушка из 200 витков со сторонами 10 и 5 см находится в однородном магнитном поле индукцией 0,05 Тл. Какой максимальный вращающий момент может действовать на катушку в этом поле, если сила тока в катушке 2А ?
4. Из проволоки длиной 8 см сделаны контуры: а)квадратный; б)круговой. Найти максимальный вращающий момент, действующий на каждый контур, помещённый в магнитное поле индукцией 0,2 Тл при силе тока в контуре 4 А.

Направление вектора магнитной индукции
Направление вектора В совпадает:
а) с направлением северного (?) конца магнитной стрелки, ориентированной в магнитном поле
б) с направлением нормали ? к рамке с током в соответствии с правилом буравчика
?

Правило буравчика
Ориентирующее действие рамки

4) Принцип суперпозиции

2
Графическое изображение магнитных полей

Магнитный поток
3
- скалярная физическая величина, определяющая число линий магнитной индукции, приходящихся нормально (перпендикулярно) на данную площадь пространства
Обозначение - Ф
Единица измерения – 1Вб (Вебер)

n – нормаль к поверхности(вектор, модуль которого равен единице)

Задачи.
1. Магнитный поток внутри контура, площадь поперечного сечения которого 60 см 2 , равен 0,3 мВб. Найти индукцию поля внутри контура.
2. Какой магнитный поток пронизывает плоскую поверхность площадью 50 см2 при индукции поля 0,4 Тл, если эта поверхность:
а)перпендикулярна вектору индукции поля;
б)расположена под углом 450 к вектору индукции;
в)расположена под углом 300 к вектору индукции?

Энергетическая характеристика поля
4
Работа по замкнутому контуру не равна нулю. Значит, магнитное поле не потенциально (не связано с частицами вещества)

Магнитные силы
5

3.Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.
4.С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длинна активной части проводника 0,1м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.

Сила Лоренца определяется соотношением:
q - величина движущегося заряда (Кл);
V - скорость заряда (м/с);
B - модуль вектора индукции магнитного поля (Тл);
? - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.
Fл = q·V·B·sin?

1. Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 10 Мм/с в магнитном поле индукцией 0,2 Тл перпендикулярно линиям индукции?
2. В направлении, перпендикулярном линиям индукции влетает в магнитное поле электрон со скоростью 10 Мм/с. Найти индукцию поля, если электрон описал в поле окружность радиусом 1 см.
3. Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость проводника.
4. В однородное магнитное поле индукцией В=10 мТл перпендикулярно линиям индукцией вылетает электрон с кинетической энергией Wк =30 кэВ. Каков радиус кривизны траектории движения электрона в поле?

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца (F л) .

Движение заряженных частиц в магнитном поле
6

Магнитные свойства вещества
7

К ферромагнитным материалам относят железо, кобальт, никель и их сплавы. Они обладают высокой магнитной проницаемостью, в тысячи и даже десятки тысяч раз большей магнитной проницаемости неферромагнитных веществ, и хорошо притягиваются к магнитам и электромагнитам.
К парамагнитным материалам относят алюминий, олово, хром, марганец, платину, вольфрам, растворы солей железа и др. Относительная магнитная проницаемость у них несколько больше единицы. Парамагнитные материалы притягиваются к магнитам и электромагнитам в тысячи раз слабее, чем ферромагнитные материалы.
Диамагнитные материалы к магнитам не притягиваются, а, наоборот, отталкиваются. К ним относят медь, серебро, золото, свинец, цинк, смолу, воду, большую часть газов, воздух и пр. Относительная магнитная проницаемость у них несколько меньше единицы.