Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока кратко
Обновлено: 06.07.2024
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.
Обнаружить магнитное поле вокруг металлического проводника с током можно несколькими способами. Например, использовать мелкие железные опилки.
На плоскость, перпендикулярно которой расположен проводник, нужно насыпать железные опилки. Железо может намагничиваться, попадая в магнитное поле, и поэтому опилки станут маленькими магнитными стрелками. Магнитное поле развернет эти стрелки и выстроит в линии, по которым направлено действие магнитных сил.
Электрическое поле мы изображаем векторами электрической напряжённости. Для изображения магнитного поля используют линии магнитного поля .
За положительное направление линий магнитного поля принято направление, вдоль которого ориентируется магнитная стрелка — от южного полюса к северному.
Магнитные линии замкнуты вокруг проводника, непрерывны и не пересекаются между собой. Через любую точку около проводника с током можно провести магнитную линию.
Направление линий магнитного поля совпадает с направлением северного конца магнитной стрелки компаса.
Железные опилки намагничиваются в поле проводника с током и действуют как стрелки компаса, указывая направление линий магнитной индукции (рис. 1).
Для иллюстрации линий магнитного поля вокруг прямого проводника с током проводник продевают в отверстие подложки, на которую насыпаны железные опилки. При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Опилки выстраиваются в замкнутые линии, образующие концентрические окружности с центром в проводнике с током. Эти линии будут сгущаться ближе к проводнику (рис. 2).
На рисунке показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком. Магнитные стрелки располагаются вокруг проводника с током определенным образом (рис. 3, а). Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то все магнитные стрелки повернуться на \(180\)° (рис. 3, б).
В этом случае направление тока условно обозначено кружком с точкой (это означает, что ток идет к нам).
Изменение направления магнитных стрелок связано с изменением направления тока в проводнике, а значит, и с изменением направления магнитных линий магнитного поля.
если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током (рис. 4), то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.
Рис. 1. Магнитные линии вокруг проводника. © ЯКласс.
Рис. 2. Положение магнитной стрелки. © ЯКласс.
Рис. 3. Расположение стрелки компаса в зависимости от направления тока. © ЯКласс.
В магнитном поле железные опилки намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.
2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?
Под действием магнитного поля железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.
3. Что называют магнитной линией магнитного поля?
Магнитные линии магнитного поля — линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.
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 магнитную стрелку около проводника с током, а затем измерить направление тока. При этом мы заметим, что направление стрелки изменится на противоположное, т.е. она повернется на 180'С. Таким образом, проделанный опыт показывает, что направление магнитных линий связано с направлением тока.
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.
Читайте также: