видео уроки магнитное поле
Магнитное поле, его свойства
Урок 1. Физика 11 класс
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, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле, его свойства»
«Исследования Ампера… принадлежат к
числу самых блестящих работ,
которые проведены когда-либо в науке»
Джеймс Клерк Максвелл
Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Еще древние греки знали, что существует особый минерал, способный притягивать железные предметы. Это был один из минералов железной руды, который сейчас известен как магнетит. Его залежи находились возле города Магнесии на севере Турции. Слово «магнит» в переводе с греческого означает «камень из Магнесии».
Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в III веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе. Первой крупной работой, посвящённой исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.
Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.
Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.
Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.
Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.
Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.
Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых, одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.
В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.
Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.
Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.
Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.
Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.
Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.
Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.
Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.
Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.
Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.
Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии
Урок 34. Физика 8 класс (ФГОС)
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, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии»
На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в различных средах.
Однако мы до сих пор с вами так и не сказали, что же такое магнитное поле.
Подобно другим физическим полям, магнитное поле не действует на наши органы чувств. Однако реальность его существования проявляется, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые принято называть магнитными силами.
Для обнаружения магнитных свойств любых веществ используют магнитную стрелку, которая, как известно, является основным элементом любого компаса.
У неё имеется два полюса: северный и южный, которые окрашены в традиционные цвета — синий и красный соответственно. Линия, которая соединяет полюса магнитной стрелки, называется её осью. Для того, чтобы стрелка могла свободно вращаться, её подвешивают на нити или укрепляют на острие.
Теперь давайте выясним, как связаны между собой электричество и магнетизм? Для этого проделаем такой опыт. Поднесём к магнитной стрелке наэлектризованную стеклянную палочку — стрелка останется неподвижной. Взаимодействия нет.
Не будет взаимодействия, если к стрелке поднести отрицательно заряженную эбонитовую палочку.
Можно ли на основании этих опытов говорить об отсутствии всякой связи магнетизма и электричества? Конечно, нет. Между магнетизмом и электричеством существует теснейшая связь, что можно подтвердить опытом, который провёл в 1820 г. датский физик Х. К. Эрстед. Установка состоит из магнитной стрелки, укреплённой на острие, и проводника, соединённого с источником тока.
До включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с севера на юг. Проводник располагают над магнитной стрелкой, параллельно ей. Замкнув цепь, мы увидим, как магнитная стрелка начнёт поворачиваться, пока не установится перпендикулярно проводнику с током.
Разомкнём цепь — стрелка возвращается в своё исходное положение.
Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то, стрелка также поворачивается и устанавливается перпендикулярно к проводнику, но уже в противоположном направлении.
Таким образом, можно говорить о том, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником с током. Следовательно, вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.
Опыт Эрстеда вызвал необычайный интерес у физиков того времени. Раньше электрические и магнитные явления рассматривались как совершенно независимые. Открытие Эрстеда обнаружило взаимосвязь между ними. На основании многочисленных опытов было установлено, что во всех случаях при движении заряженных частиц обязательно появляется магнитное поле, независимо от рода проводника или среды, в которой эти частицы движутся.
Таким образом, на основании проведённых опытов, мы можем сделать очень важный вывод: неподвижные электрические заряды порождают только электрическое поле, которое не действует на магнитную стрелку. Вокруг движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует как электрическое, так и магнитное поле.
Существование магнитного поля вокруг проводника с током можно обнаружить множеством способов. На практике удобнее использовать мелкие железные опилки, насыпанные на картонный или пластиковый экран.
Изучим магнитное поле прямого проводника с током. Для этого сквозь лист картона пропустим проводник, соединённый с источником тока. Насыплем на картон тонкий слой железных опилок. При включении тока железные опилки под действием магнитного поля переориентируются, показывая картину линий магнитного поля.
Обратите внимание на то, что эти линии представляют собой замкнутые концентрические окружности, центром которых является сам проводник с током.
Несколько изменим опыт: вместо металлических опилок поставим на лист картона магнитные стрелки. При замыкании электрической цепи стрелки расположатся вдоль линий магнитного поля.
Рассмотрим ещё один опыт. Расположим магнитные стрелки вокруг проводника с током, имеющего форму витка. Замкнув цепь увидим, что, как и в предыдущем опыте, стрелки в магнитном поле расположились вдоль линий магнитного поля, но ориентированы они по-разному.
Объясняется это тем, что в левой части установки ток «выходит» из листа, а в правой — «входит» в него.
Исходя из результатов опыта, мы можем утверждать, что линии магнитного поля имеют определённое направление, которое связано с направлением тока в проводнике.
Принято считать, что направление линий магнитного поля в каждой точке совпадает с направлением, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённый в эту точку поля.
Направление линий магнитного поля можно определить и иначе, например, с помощью правила правой руки: если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током, то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.
В физике для определения направления линий магнитного поля используют правило буравчика, или правило правого винта: если вращать ручку буравчика (головку винта или шурупа с правой нарезкой) так, чтобы его остриё двигалось по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока.
И ещё об одном. Для графического обозначения направления тока в проводнике, перпендикулярного плоскости чертежа, пользуются следующим приёмом. Если ток направлен от нас за чертёж, то его обозначают крестиком, если наоборот, то есть из-за чертежа к нам, — то точкой.
Мысленно это можно представить следующим образом: каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — остриё стрелы, летящей к нам.
Магнитное поле
Урок 56. Физика 8 класс
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, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле»
На сегодняшнем уроке мы поговорим о магнитном поле. Напомним, что поле — это некая невещественная форма материи, которая воздействует на те или иные частицы. Сегодня мы твердо знаем, что электрические явления связаны с магнитными. Несмотря на это, ученые довольно долгое время не могли связать эти два вида явлений. Первым, кто обнаружил эту связь, был Ганс Эрстед.
В 1820 году, проводя свои опыты, Эрстед обнаружил, что проволока, по которой идет ток, действует на магнитную стрелку. То есть, когда по проволоке проходил ток, стрелка отклонялась, а когда в проволоке не было тока, она возвращалась на место.
Из этого Эрстед сделал вывод, что действия электрического тока распространяются за пределы проводника. То есть, вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Сразу же возникает вопрос: если на магнитную стрелку действует проводник с током, то можно ли влиять магнитом на проводник? Несомненно. Опыты показывают, что если гибкий провод подвесить рядом с магнитом, то ничего не произойдет. Но как только по проводу начнёт проходить ток — провод сразу обвивается вокруг магнита.
Это наталкивает на мысли, что магнитное поле имеет круговой характер (т.е. его линии являются окружностями). Напомним, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.
Значит, магнитное поле возникает вокруг всякого движущегося заряда, а вокруг неподвижного заряда существует только электрическое поле. Но, поскольку, реально неподвижных зарядов не существует, то всякие электрические явления сопровождаются магнитными и наоборот. Поэтому, мы всегда говорим об электромагнитных явлениях.
«Поведение» магнитного поля очень похоже на «поведение» электрическое поле, но с одним важным отличием. Напомним, что вокруг любого электрического заряда возникает электрическое поле. При этом, одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются. У магнитов же, всегда есть два полюса: северный и южный.
Точно также, одинаковые полюса магнитов отталкиваются, а разные — притягиваются.
Разница лишь в том, что как таковых, магнитных зарядов не существует. То есть не бывает магнита, у которого был бы только один полюс. Поэтому, линии магнитного поля всегда замкнуты. Об этих линиях мы поговорим на следующем уроке. В примере мы рассмотрели так называемый, дуговой магнит. Существуют также и полосовые магниты, которые мы тоже будем рассматривать в дальнейшем.
Рассмотрим свойства магнитов более детально. Почти все хоть раз видели магнит, и, наверняка, замечали, что он может притягивать металлические предметы. Причем, сильнее всего эти предметы притягиваются к полюсам магнита. Но самое главное это то, что все эти предметы притягиваются за счет работы магнитного поля. Между тем или иным предметом и магнитом есть определённое расстояние, но магнит всё равно действует на этот предмет. Это можно объяснить только тем, что каждый магнит обладает собственным полем. Вы можете легко провести подобный опыт: взять любой магнит и попробовать притянуть магнитом скрепки, булавки, или просто металлическую стружку. Также, при внимательном рассмотрении, можно заметить, что некоторые предметы имеют свойство намагничиваться после взаимодействия с магнитом. То есть, они временно будут вести себя как магнит, и притягивать другие металлические предметы. Опять же, мы можем провести аналогию с электричеством: намагничивание — это что-то вроде электризации.
Так же, как и разные электрические заряды имеют разное электрическое поле, магниты тоже обладают полями разной силы. Это тоже легко проверить на опыте: достаточно взять металлический шарик. Один магнит будет медленно притягивать, а второй — быстро, находясь на том же расстоянии. Или, мы можем попытаться поднять шарик. Какой-то магнит будет обладать достаточно сильным полем для этого, а какой-то — нет. Ну или какой-то магнит поднимет 2 шарика, а какой-то — все 10.
Магнитное поле. Индукция магнитного поля
Урок 1. Физика 11 класс ФГОС
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, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле. Индукция магнитного поля»
Как вы уже знаете, между заряженными телами или частицами, кроме гравитационного взаимодействия, существует ещё и электромагнитное. Если заряды покоятся относительно определённой инерциальной системы отсчёта, то электромагнитное взаимодействие между ними называют электростатическим. А силы, действующие между неподвижными зарядами, определяются законом Кулона.
Однако при движении электрически заряженных частиц проявляется вторая составляющая электромагнитного взаимодействия, а именно, магнитное взаимодействие. Поговорим о нём подробнее.
Итак, изучая электрический ток мы с вами познакомились с его основными действиями. К числу самых очевидных принадлежат: тепловое, химическое и магнитное действие тока.
Напомним, что тепловое действие тока проявляется в том, что среда, в которой протекает ток, нагревается.
Химическое действие тока проявляется, как правило, при его протекании через растворы и расплавы электролитов.
А единственное действие тока, которое проявляется у всех без исключения проводников — это магнитное.
Теперь давайте выясним, как связаны между собой электричество и магнетизм? Для этого проделаем такой опыт. Поднесём к магнитной стрелке наэлектризованную стеклянную палочку. Как видим, стрелка останется неподвижной.
Взаимодействия нет. Не будет взаимодействия, если к стрелке поднести отрицательно заряженную эбонитовую палочку. Можно ли на основании этих опытов говорить об отсутствии всякой связи магнетизма и электричества? Конечно, нет. Между магнетизмом и электричеством существует теснейшая связь, что можно подтвердить опытом, который провёл в 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Установка состоит из магнитной стрелки, укреплённой на острие, и проводника, соединённого с источником тока. До включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с севера на юг. Замкнув цепь, мы увидим, как магнитная стрелка начнёт поворачиваться, пока не установится перпендикулярно проводнику с током. Разомкнём цепь — стрелка возвращается в своё исходное положение. Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то, замкнув цепь, мы увидим, как стрелка опять поворачивается и устанавливается перпендикулярно к проводнику, но уже в противоположном направлении.
Таким образом, можно говорить о том, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником с током. Следовательно, вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.
Опыт Эрстеда вызвал необычайный интерес у физиков того времени. Раньше электрические и магнитные явления рассматривались как совершенно независимые. Открытие же Эрстеда обнаружило взаимосвязь между ними.
Таким образом, на основании проведённых опытов, мы с вами можем сделать очень важный вывод: неподвижные электрические заряды порождают только электрическое поле, которое не действует на магнитную стрелку. Вокруг же движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует как электрическое, так и магнитное поле.
Согласно представлениям классической электродинамики магнитное поле — особая форма материи, созданная движущимися (относительно определённой инерциальной системы отсчёта) электрическими зарядами или переменными электрическими полями.
Опыты показывают, что магнитное поле возникает при движении любых электрических зарядов. А взаимодействие между ними осуществляется посредством магнитного поля, которое действует с некоторыми силами на любые другие движущиеся в данном магнитном поле электрические заряды. Таким образом, о существовании магнитного поля можно судить по наличию силы, действующей на электрический заряд, движущийся относительно выбранной инерциальной системы отсчёта.
Силы, действующие со стороны магнитного поля на находящиеся в нём проводники с током или движущиеся заряды, в дальнейшем будем называть магнитными силами.
Поскольку магнитное поле проводника с током действует с определённой силой на магнит (в опыте Эрстеда — на магнитную стрелку), то естественно предположить, что со стороны магнитного поля магнита на проводник с током должна действовать сила. Проверим это предположение на опыте.
При разомкнутой цепи действия со стороны магнитного поля дугообразного магнита на гибкий проводник не наблюдается. Однако при замыкании цепи проводник приходит в движение: он либо втягивается в пространство между полюсами дугообразного магнита, либо выталкивается из него при обратном расположении полюсов магнита или при изменении направления тока в цепи.
Но действие магнитного поля на проводник с током не всегда проявляется в притяжении или отталкивании. Например, если подвесить на некотором расстоянии от проводника на тонких и гибких подводящих проводах маленькую рамку, то при пропускании по проводнику и рамке электрического тока рамка повернётся и расположится так, что окажется в одной плоскости с проводником с током.
Если же рамку с током поместить между полюсами дугообразного магнита, то она повернётся в магнитном поле так, чтобы её плоскость была перпендикулярна прямой, соединяющей полюсы магнита.
Изучая электростатику, мы узнали, что распределение поля в пространстве можно сделать «видимым», пользуясь представлениями о линиях напряжённости. Магнитные поля также можно изображать графически в виде магнитных линий. Для описания магнитного поля введём его основную характеристику, аналогичную напряжённости электростатического поля. Такой характеристикой служит векторная физическая величина — индукция магнитного поля (или магнитная индукция), являющаяся силовой характеристикой магнитного поля.
Для определения направления индукции магнитного поля используют ориентирующее действие магнитного поля на магнитную стрелку или рамку с током. Направление от южного полюса к северному полюсу магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле, принимают за направление магнитной индукции.
Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током. Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик (с правой нарезкой), если вращать его по направлению тока в рамке. Вектор магнитной индукции в центре рамки совпадает по направлению с положительной нормалью.
Однако использование магнитных стрелок не всегда рационально. Поэтому для определения направление вектора магнитной индукции прямого проводника с током пользуются правилом буравчика: если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитной индукции поля прямого проводника с током.
Линией индукции магнитного поля называют воображаемую линию в пространстве, касательная к которой совпадает с направлением индукции магнитного поля в каждой точке поля.
Исследование различных магнитных полей показало, что линии магнитной индукции в отличие от линий напряжённости электростатическое поля являются замкнутыми линиями. Это характерно для любых магнитных полей. Поля, обладающие таким свойством, называют вихревыми.
Замкнутость линий магнитной индукции свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим в природе нет. Источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.
Хотя современные научные представления предсказывают существование частицы с магнитным зарядом — магнитные монополи. Магнитный монополь можно представлять как отдельно взятый полюс длинного и тонкого постоянного магнита. Однако у всех известных магнитов всегда два полюса, то есть он является диполем. Если разрезать магнит на две части, то у каждой его части по-прежнему будет два полюса. Поэтому магнитные монополи пока экспериментально не наблюдали.
Очевидно, что через любую точку в магнитном поле можно провести только одну линию индукции. Поскольку индукция магнитного поля в любой точке пространства имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке этого поля может быть только единственным. Это означает, что линии магнитной индукции, так же, как и линии напряжённости электрического поля, не пересекаются.
Определить направление линий индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током можно также с помощью правила правой руки: если мысленно обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы окажутся согнуты в направлении линий магнитной индукции.
На практике часто приходится иметь дело с магнитными полями электрических токов, проходящих по соленоидам. Напомним, что соленоид — это цилиндрическая катушка, на которую виток к витку намотан провод.
Для определения направления магнитного поля внутри соленоида можно использовать правило правой руки: если ладонью правой руки обхватить катушку с током так, чтобы четыре пальца расположились по направлению тока, то отставленный большой палец укажет направление магнитного поля внутри катушки.
Если длина соленоида много больше его диаметра, то внутри центральной части соленоида линии индукции магнитного поля практически параллельны и направлены вдоль его оси. Магнитное поле, индукция которого во всех точках одинакова, называют однородным. Линии индукции такого поля параллельны. Очевидно, что в противном случае поле называют неоднородным.
Таким образом, для определения направления магнитной индукции можно воспользоваться любым из правил, сформулированных нами ранее. Причём, пользуясь правилом буравчика, надо помнить, что направление тока — это направление упорядоченного движения положительных зарядов.
Вспомним ещё один важный момент. Для графического обозначения направления тока в проводнике, перпендикулярного плоскости чертежа, пользуются следующим приёмом. Если ток направлен от нас за чертёж, то его обозначают крестиком, если наоборот, то есть из-за чертежа к нам, — то точкой.
Мысленно это можно представить следующим образом: каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — остриё стрелы, летящей к нам.