Меню

Между проводниками с током возникают силы взаимодействия которые называются ответы

Магнитное взаимодействие токов

Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. В Европе он появился приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Ханса Эрстеда. Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся ее повернуть. В том же году французский физик Андре Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов.

По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды. Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующийся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора . Такое исследование позволяет наглядно представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. Пример линий магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током приведен на рис. 1.16.1.

Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током. Индикаторные магнитные стрелки ориентируются по направлению касательных к линиям индукции

Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми. Картину магнитной индукции можно наблюдать с помощью мелких железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль линий индукции.

Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения не только направления вектора но и его модуля. Проще всего это сделать, внося в исследуемое магнитное поле проводник с током и измеряя силу, действующую на отдельный прямолинейный участок этого проводника. Этот участок проводника должен иметь длину Δl, достаточно малую по сравнению с размерами областей неоднородности магнитного поля. Как показали опыты Ампера, сила, действующая на участок проводника, пропорциональна силе тока I, длине Δl этого участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции:

Эта сила называется силой Ампера. Она достигает максимального по модулю значения Fmax, когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной индукции. Модуль вектора определяется следующим образом:

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

Это соотношение принято называть законом Ампера.

В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется Тесла (Тл).

Тесла – очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10 –4 Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.

Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 1.16.2).

Читайте также:  Поражение током высокой частоты высокого напряжения

Правило левой руки и правило буравчика

Если угол α между направлениями вектора и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера более удобно пользоваться правилом буравчика: воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора Поступательное перемещение буравчика будет показывать направление силы Ампера (рис. 1.16.2). Правило буравчика часто называют правилом правого винта.

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

В Международной системе единиц СИ коэффициент пропорциональности k принято записывать в виде:

где μ – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно

μ = 4π·10 –7 H/A 2 ≈ 1,26·10 –6 H/A 2 .

Формула, выражающая закон магнитного взаимодействия параллельных токов, принимает вид:

Отсюда нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля каждого из прямолинейных проводников. Магнитное поле прямолинейного проводника с током должно обладать осевой симметрией и, следовательно, замкнутые линии магнитной индукции могут быть только концентрическими окружностями, располагающимися в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Это означает, что векторы и магнитной индукции параллельных токов I1 и I2 лежат в плоскости, перпендикулярной обоим токам. Поэтому при вычислении сил Ампера, действующих на проводники с током, в законе Ампера нужно положить sin α = 1. Из закона магнитного взаимодействия параллельных токов следует, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением

Для того, чтобы при магнитном взаимодействии параллельные токи притягивались, а антипараллельные отталкивались, линии магнитной индукции поля прямолинейного проводника должны быть направлены по часовой стрелке, если смотреть вдоль проводника по направлению тока. Для определения направления вектора магнитного поля прямолинейного проводника также можно пользоваться правилом буравчика: направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора если при вращении буравчик перемещается в направлении тока (рис. 1.16.3).

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов

Рис. 1.16.4 поясняет закон взаимодействия параллельных токов.

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера:

Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10 –7 Н на каждый метр длины.

Источник

§ 57. Магнитное поле

В § 35 были описаны различные действия электрического тока, в том числе и магнитное, которое наблюдается всегда, когда существует электрический ток. Проявляется магнитное действие, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Чтобы изучить магнитное действие тока, воспользуемся магнитной стрелкой. (Она, как известно, является главной частью компаса.) Напомним, что у магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный. Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на остриё, чтобы она могла свободно поворачиваться.

Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

Эрстед Ханс Кристиан

Эрстед Ханс Кристиан (1777—1851)
Датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что при вело к возникновению новой области физики — электромагнетизма.

Опыт Эрстеда

Опыт Эрстеда

Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (рис. 93). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки

Рис. 93. Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки

Читайте также:  Время заряда аккумулятора 60ач током 2а

Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т. е. электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».

Источник

Между проводниками с током возникают силы взаимодействия которые называются ответы

Если близко один к другому расположены проводники с токами одного направления, то магнитные линии этих проводников, охватывающие оба проводника, обладая свойством продольного натяжения и стремясь сократиться, будут заставлять проводники притягиваться (рис. 90, а). Магнитные линии двух проводников с токами разных направлений в пространстве между проводниками направлены в одну сторону. Магнитные линии, имеющие одинаковое направление, будут взаимно отталкиваться. Поэтому проводники с токами противоположного направления отталкиваются один от другого (рис. 90, б).

Рис. 90. Взаимодействие двух проводников с токами: а - протекающими в одну сторону, б - протекающими в разные стороны
Рис. 90. Взаимодействие двух проводников с токами: а — протекающими в одну сторону, б — протекающими в разные стороны

Рассмотрим взаимодействие двух параллельных проводников с токами, расположенными на расстоянии а один от другого. Пусть длина проводников равна l.

Магнитная индукция, созданная током I1 на линии расположения второго проводника, равна

На второй проводник будет действовать электромагнитная сила

Магнитная индукция, созданная током I2 на линии расположения первого проводника, будет равна

и на первый проводник действует электромагнитная сила

равная по величине силе F2.

На электромеханическом взаимодействии проводников с током основан принцип действия электродинамических измерительных приборов, используемых в цепях постоянного и в особенности переменного тока.

Источник



Конспект урока 8 классе

МБОУ Нахабинская СОШ № 3 с УИОП

План-конспект урока по физике в 8 классе

«Магнитное поле катушки с током. Электромагниты

и их применение»

Учебник: «Физика – 8 класс» А.В.Перышкин, «Дрофа», 2013г.

Учитель физики первой категории

Казанцева Елена Витальевна

Магнитное поле катушки с током.

Электромагниты и их применение.

Цель: Изучение особенностей магнитного поля катушки с током, способов усиления этого поля, знакомство с устройством, принципом работы и применением электромагнитов.

Задачи:

Образовательные:

научить определять магнитные по люса катушки с током;

рассмотреть принцип действия электромаг нита и области его применения;

научить собирать электромагнит из готовых деталей и опытным путём проверять, от чего зависит его магнитное действие;

Развивающие:

умение обобщать знания,

применять знания в конкретных ситуациях;

развивать навыки работы с прибора ми;

развивать познавательный интерес к учебному предмету;

Воспитательные:

воспитание усидчивости, трудолюбия, ак куратности при выполнении практической работы.

Тип урока: комбинированный (с использованием ИКТ).

Организационный момент: 2 мин.

Фронтальный опрос: 6 мин.

Объяснение нового материала: 25 мин.

Проверка усвоения нового материала: 10 мин.

Домашнее задание: 2 мин.

Ход урока.

Учитель раздает карточки, где нужно закончить предложения, отвечая на вопросы по теме: «Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии».

Обучающимся предлагается ответить на вопросы в письменном виде.

«Продолжи предложение»

Вещества, которые притягивают железные предметы, назы ваются. (магнитами).

Между проводниками с током возникают силы взаимодей ствия, которые называются . (магнитными).

Места магнита, у которых сильнее всех проявляются маг нитное действие, называются. (полюсами магнита).

Вокруг проводника с электрическим током существует .
(магнитное поле).

Источником магнитного поля служит . (движущийся заряд).

7. Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси
маленьких магнитных стрелок, называют . (силовыми маг нитными линиями).

Магнитное поле вокруг проводника с током можно обнару жить, например, . (с помощью магнитной стрелки или с помощью железных опилок).

Если магнит разломали пополам, то первый кусок и второй
кусок магнита имеют полюса. (северные — N и южные — S ).

11. Тела, длительное время сохраняющие свою намагничен ность, называются . (постоянными магнитами).

12. Одноименные полюса магнита . а разноименные — . (отталкиваются, притягиваются).

Объяснение нового материала:

На каждой парте заранее приготовлены: штатив, катушка, магнит, компас, провода, гальванический элемент, ключ, реостат, катушка от электромагнита с металлическим сердечником.

Учитель: ребята! Обратите внимание, на те элементы, которые находятся у вас на парте. Что вы видите?

Обучающиеся: катушка 2 шт., магнит, компас.

Учитель: Возьмите пожалуйста магнит и поочередно поднесите то к одной, то к другой катушке. Поменяйте расположение магнита (полярность). Что вы наблюдаете? Притягивается ли катушка к магниту?

Обучающиеся: Нет.

Учитель: Таким образом, мы можем сделать вывод, что катушка не обладает магнитными свойствами.

Читайте также:  Как найти силу тока задача физика

После обсуждения учитель предлагает при помощи проводов собрать цепь, состоящую из катушки, ключа, реостата и гальванического элемента. Учитель параллельно показывает, как правильно собрать схему. После того, как катушка подключена к источнику питания, предлагается еще раз, пронаблюдать будет ли реагировать катушка на поднесенный к ней магнит.

Учитель: Что вы наблюдаете? Изменилось ли поведение катушки на действие магнита?

Обучающиеся: Да. Катушка реагирует на магнит.

Учитель: Итак, мы с вами увидели, что катушка с током, начинает взаимодействовать с магнитом. С чем это связано, от чего зависит – мы с вами попытаемся выяснить.

Какая же тема нашего сегодняшнего урока? Что мы с вами будем изучать?

Обучающиеся: Катушка с током. Ее магнитные свойства.

Учитель: Правильно. Запишите тему урока в тетради. – «Магнитное поле катушки с током».

Первое, что мы с вами запишем в тетради, то, что возле катушки с током существует магнитное поле.

Далее, давайте выясним, как же расположены линии магнитного поля, возле катушки с током. Для этого поднесем компас, стрелка которого, всегда располагается вдоль линий магнитного поля, и указывает направление северного и южного полюса. Что вы видите?

Обучающиеся: мы видим, что линии магнитного поля возле катушки пронизывают ее.

Учитель: Давайте зарисуем, как же это выглядит.

Учитель рисует на доске катушку и линии магнитного поля.

hello_html_m874cdbb.jpg

Ребята, подскажите, знакомо ли вам данное расположение линий магнитного поля? Мы с вами встречались с таким рисунком?

Обучающиеся: Да. Подобная картина наблюдается возле полюсного магнита.

Учитель: Рядом изобразим линии магнитного поля полюсного магнита. Рисуем магнит и линии магнитного поля. Давайте вспомним, что линии магнитного поля начинаются на северном магнитном полюсе ( N ) и заканчиваются на южном магнитном полюсе ( S ). Тогда аналогично мы можем расположить, обозначив, северный и магнитный полюс возле катушки с током. Катушку с током называют соленоидом (учитель записывает на доске).

Учитель: Как вы думаете можно ли менять силу магнитного поля образованного катушкой с током?

Обучающиеся: Да.

Учитель: Конечно же, можно. А как вы думаете, какими способами?

Опытным путем было установлено, что магнитное поле катушки можно усилить тремя способами:

увеличивая силу тока

увеличивая число витков катушки

вставляя внутрь катушки железный сердечник

– запишем это в тетрадь.

Катушка с сердечником называется электромагнитом .

Учитель : Попробуйте включить в эл. цепь катушку с током. Проверьте, как она реагирует на действие магнита. А теперь вставьте в середину катушки металлический сердечник.

Попробуйте определить это опытным путем, замкнув собранную у вас на столах цепь и наблюдая изменение взаимодействия катушки и полосового магнита при разных положениях ползунка реостата, а также при введении внутрь катушки металлического сердечника.

Обучающиеся : наблюдают усиление взаимодействия катушки с током и магнитом.

Учитель: Впервые обнаружил этот удивительный факт Мари Андре Ампер еще в 1820 году. Опытным путем он установил, что две катушки с током притягиваются или отталкиваются подобно двум постоянным магнитам.

1. вокруг катушки с током есть магнитное поле .

2. катушка с током (соленоид) похожа на полосовой магнит и у нее есть тоже два полюса – северный и южный .

3. магнитное действие катушки с током можно изменить путь уменьшения/увеличения силы тока, изменив количество витков в катушке или ввести внутрь катушки металлический сердечник.

Учитель: Применение электромагнитов разнообразно.

Учитель показывает презентацию и объясняет работу электромагнитного подъемника, сепаратора, электрического звонка, электромагнитный телеграф, электромагнитное реле. Всякий электромагнит состоит из следующих частей: обмотки, по которой протекает ток, стального сердечника и якоря, который притягивается к сердечнику. (Сначала сопротивление реостата велико, затем мы его уменьшаем, а затем вставляем сердечник.)

Закрепление

Итак, ребята, наш урок подходит к концу. Давайте проверим, кто из вас стал настоящим исследователем. Весь класс делится на шесть групп. Каждой группе дается один вопрос для обсуждения. Вопросы:

Как будут вести себя две катушки, висящие на тонких проводах рядом, если по ним пропустить ток?

Как усилить магнитное поле катушки с током?

Кто и когда изобрел первый электромагнит?

Как построить сильный электромагнит, если поставлено условие, чтобы ток в электромагните был сравнительно слабый?

Как изготовить электромагнит, подъемную силу которого можно было бы регулировать?

Требуется поднять электромагнитным подъемным краном деревянный ящик с грузом. Предложите способ, как это сделать.

Домашнее задание :

Запишите домашнее задание. §58 на стр. 133, ответить на вопросы стр.136, из упр.28, подумать и ответить на вопрос 1 ряд – 1 вопрос, 2 ряд – 2 вопрос, 3 ряд – 3 вопрос.

Источник