Магнитное поле прямого тока магнитные линии 8 класс кратко
Обновлено: 04.07.2024
Магнитное поле возникает, если у нас есть движущиеся электрические заряды. Но мы не можем увидеть или почувствовать его с помощью наших органов чувств.
Физика может дать нам такую удивительную возможность — увидеть магнитное поле. Также мы сможем определить его форму, как и где оно располагается, каким-то образом охарактеризовать его.
Для этого нам будут нужны не какие-то сложные приборы, а всего лишь железные опилки. В данном уроки мы рассмотрим их применение и сделаем определенные выводы о магнитном поле прямого тока.
Использование железных опилок для обнаружения магнитного поля
Магнитное поле возникает вокруг проводников, по которым течет ток. Чтобы его обнаружить, есть множество способов, некоторые из которых мы рассматривали в прошлом уроке.
Теперь мы рассмотрим еще один способ — использование мелких железных опилок.
Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? Ответ очень прост: эти маленькие кусочки железа, оказавшись в магнитном поле, намагничиваются — становятся маленькими магнитным стрелками.
Опыт Эрстеда уже показал нам, что магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения при наличии рядом проводника, по которому течет ток. Теперь у нас будет не одна такая стрелка, а большое их множество. Мы же можем пронаблюдать за тем, как ось каждой такой стрелки будет устанавливаться при действии сил магнитного поля.
Определение формы магнитного поля
У нас есть прямой проводник с током. Сделаем в листе картона отверстие и проденем через него наш проводник. На картон насыпем тонкий слой железных опилок и включим ток.
Что же мы увидим? Как теперь располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
Под действием магнитного поля опилки примут интересное положение. Они теперь не беспорядочно лежат на листе картона, а располагаются вокруг проводника по концентрическим окружностям.
Линии магнитного поля
Чтобы описать магнитное поле и созданные им окружности из железных опилок, мы введем новое определение — магнитные линии.
Магнитные линии магнитного поля — это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.
То есть, если мы соединим опилки, образовавшие одну из окружностей, воображаемой линией, то получим окружность, в центре который находится проводник (рисунок 2).
Обратите внимание, что стрелки не только выстраиваются вдоль этих линий, но и ориентируются все в одном направлении по этой окружности. Для того, чтобы проще было это оценить, рядом с проводником можно разместить обычные магнитные стрелки, как на рисунке 2.
Они располагаются на линии магнитного поля, указывая одним своим полюсом в одну сторону. Здесь мы не говорим, что они указывают направо или налево. Они разворачиваются одним полюсом как бы в одном направлении движения по окружности.
Направление магнитных линий и форма магнитного поля
Получается, что использование опилок дало нам две новые характеристики магнитного поля: мы видим не только его форму с помощью магнитных линий, но и замечаем, что сами линии имеют определенное направление.
Итак, мы можем сделать следующие выводы:
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые (концентрические окружности в случае магнитного поля прямого тока), охватывающие проводник.
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.
Связь направлений магнитных линий и направления электрического тока
Магнитные линии дают нам возможность изобразить магнитное поле графически.
На каком расстоянии от проводника мы можем нарисовать его магнитные линии? Ответ прост — для графического изображения мы можем использовать удобный для нас масштаб.
Магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током. Значит, мы можем правомерно провести магнитную линию через любую точку.
Хорошо, но как определить направление магнитных линий? Опыты показывают следующее:
Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.
Так как магнитные линии лежат в плоскости, перпендикулярной проводнику с током, на чертежах принято изображать сечение проводника (проводник в разрезе). Направление тока при этом условно обозначается крестиком, если ток направлен от нас, и точкой, если ток направлен на нас (рисунок 3).
Взгляните на рисунок 4, а. Ток течет вниз по проводнику. Магнитные стрелки устанавливаются вдоль магнитных линий. Их оси ориентируется таким образом, как показано на рисунке.
Графическое изображение такого магнитного поля представлено на рисунке 4, б. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости чертежа, как будто мы смотрим на него сверху, а не сбоку. Направление тока мы обозначили крестиком на самом проводнике (от нас), и указали направление магнитных линий (куда указывают северные полюса магнитных стрелок.
Теперь сделаем так, чтобы ток шел не вниз, а вверх. Что мы увидим? Магнитные стрелки снова расположились вдоль окружности, но ориентация их осей изменилась (рисунок 5, а). Теперь они развернулись на $180 \degree$ по сравнению с первой ситуацией, где ток шел вниз по проводнику.
На рисунке 5, б показано графическое изображение такого поля. Тот факт, что ток направлен к нам, условно обозначен точкой на проводнике. Направление магнитных линий поменялось на противоположное.
Такой простой опыт подтвердил нам тот факт, что направление магнитных линий связано с направлением тока.
Правило буравчика и правило правой руки
Можно запомнить, как соотносятся направление тока в проводнике и направление магнитных линий, а можно воспользоваться простым способом — правилом буравчика.
Если правой рукой вкручивать буравчик (винт, штопор) острием по направлению тока, то ваш большой палец будет поворачиваться по направлению магнитных линий.
Может вам покажется более удобной для использования другая интерпретация этого мнемонического правила — правило правой руки (рисунок 6).
Если обхватить правой рукой прямой проводник с током с отставленным большим пальцем так, чтобы он совпадал с направлением тока, то ваши четыре пальца покажут направление магнитных линий.
Упражнения
Упражнение №1
Каким полюсом повернется к наблюдателю магнитная стрелка, если ток в проводнике направлен от A к B (рисунок 7)? Изменится ли ответ, если стрелку поместить над проводником?
Пользуясь полученными знаниями, мы можем сказать, что магнитная стрелка повернется к нам южным полюсом (рисунок 8, а).
Как мы это определили? Если нарисовать чертеж (рисунок 8, б) точкой A к нам, то ток будет идти от нас. Так мы можем, используя готовые результаты опытов, приведенные в данном уроке выше, определить направление магнитных линий поля. Магнитная стрелка повернется северным полюсом по направлению этих линий, т. е. от нас.
Пользуясь правилом правой руки, мы получим тот же результат: если большой палец будет указывать направление тока, то четыре пальца укажут направление магнитных линий.
Если же мы поместим проводник под магнитной стрелкой, то ее положение поменяется. Она повернется к нам северным полюсом, потому что в этой точке магнитные линии будут направлены так же к нам.
Упражнение №2
В стене расположен (замурован) прямой электрический провод. Как найти место нахождения провода и направление тока в нем, не вскрывая стену?
Мы можем обнаружить такой провод с помощью магнитной стрелки на подставке или обычного компаса. Передвигая компас вдоль стены (и при этом не поворачивая его), нужно следить за положением магнитной стрелки. Если она начнет отклоняться, значит, в этом месте на нее действует магнитное поле проводника с током — наш провод где-то рядом.
Чтобы определить направление тока в этом проводе, посмотрим, куда указывает северный полюс стрелки компаса. Его направление будет совпадать с направлением магнитных линий. Если он повернется вправо, то ток направлен вверх, а если влево, то ток направлен вниз.
Узнав о магнитном поле, конечно же, интересно изучить его природу. На этом уроке, мы познакомимся с тем, что представляют из себя магнитные линии, а также условимся об их направлении.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии"
На прошлом уроке мы познакомились с магнитным полем. Напомним, что магнитное поле возникает не только вокруг магнита, но и вокруг проводника с током, то есть, вокруг движущихся зарядов. Мы упомянули о том, что магнитные линии — круговые, то есть магнитное поле как бы окутывает проводник.
По мере удаления от проводника, магнитное поле ослабевает, подобно тому, как электрическое поле ослабевает по мере удаления от заряда. Так же, как и с направлением электрического тока, за направление магнитных линий условно взято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки.
Заметим, что если ток в проводнике будет идти в обратном направлении, то магнитные линии тоже поменяют своё направление на противоположное. Значит, направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике.
На самом деле, полюса магнита названы северным и южным, как вы уже, наверное, догадались, из-за магнитного поля Земли.
Все мы слышали о компасе, да и, наверное, многие его видели. В связи с тем, что у Земли есть магнитное поле, с помощью стрелки компаса, мы можем ориентироваться на местности.
Так вот, стрелка компаса указывает нам направление на север. Но вы, ведь понимаете, что мы точно также можем определить направление на юг, с помощью компаса. Поэтому, направление выбрали чисто условно. Но поскольку магнитные линии замкнуты, то внутри магнита и вне магнита они направлены по-разному. За направление магнитных линий, условно принято направление от южного полюса к северному внутри магнита и от северного к южному вне магнита.
Итак, как же работает компас? Дело в том, что Земля является огромным магнитом, у которого, как и у любого другого магнита, есть полюса.
Как мы помним из предыдущего урока, полюса больше всего воздействуют на другие тела, поэтому, намагниченная стрелка компаса тянется к магнитным полюсам Земли.
Итак, мы разобрались с направлением магнитных линий, теперь надо условиться, как их обозначать. Существуют общепринятые обозначения: круг с точкой внутри — значит, направление к нам (то есть из чертежа).
Круг с крестиком внутри — направление от нас (то есть внутрь чертежа).
Также, нам может быть показано и направление тока. Тогда окружности вокруг этого проводника с током будут соответствовать магнитным линиям. Опять же, при противоположном направлении тока, магнитные линии будут направлены в противоположные стороны. Чем сильнее магнитное поле, тем гуще будут магнитные линии.
И ещё одна важная деталь о магнитных линиях и о магнитном поле в целом. Поля бывают однородные и неоднородные. Если в любой точке магнитного поля действие на магнитную стрелку одинаковое (по силе и по направлению), то такое поле однородное, а другие поля — неоднородные.
Это можно объяснить и так: вот вы видите параллельные магнитные линии, расположенные с одинаковой густотой.
Это пример однородного поля.
А вот это пример неоднородного поля: здесь линии направлены по-разному, да и не с одинаковой густотой.
Если мы рассмотрим полосовой магнит, то увидим, что поле, проходящее внутри магнита практически однородно. Хотя вне магнита мы не можем назвать поле однородным, поскольку направление магнитных линий постоянно меняется.
В ближайшее время, мы почти всегда будем рассматривать однородные поля, поскольку это значительно упрощает расчеты, а с неоднородными полями мы познакомимся подробно ещё не скоро.
1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?
Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами.
Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.
Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля.
Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.
2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.
В плоскости, перпендикулярной прямому проводнику с током оси магнитных стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока.
3. Что называют магнитной линией магнитного поля?
Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.
4. Для чего вводят понятие магнитной линии поля?
С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически.
Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию.
5 Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?
Надо расположить магнитные стрелки вокруг прямого проводника с током в плоскости, перпендикулярной проводнику.
Оси этих стрелок установятся вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока.
При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки повернутся на 180°.
Значит направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.
Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.
Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:
- магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
- магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.
Взаимодействие магнитов
Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются ( рис. 1 ).
Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом ( рис. 2 ). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.
Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.
На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.
В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему ( рис. 4 ). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.
Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток ( рис. 5 ). Направление линий определяется правилом правого винта:
Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6 , аналогична таковой для плоского магнита ( рис. 3 ). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа ( рис. 7 а, б).
Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:
Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта ( рис. 8 )
Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6 , северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.
Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.
Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током
Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.
Направление силы определяется правилом левой руки:
Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник ( рис. 9 ).
Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.
Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.
Читайте также: