Магнитное поле и его характеристики

Магнитное поле и его характеристики

Вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью. Обозначается как→B. Единица измерения — Тесла (Тл).

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равна 1 Н. 1 Н/(А∙м) = 1 Тл.

Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

Особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Поэтому магнитное поле — вихревое поле.

Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобным электрическим, в природе нет.

Напряженность магнитного поля

Вектор напряженности магнитного поля — характеристика магнитного поля, определяющая густоту силовых линий (линий магнитной индукции). Обозначается как →H. Единица измерения — А/м.

μ — магнитная проницаемость среды (у воздуха она равна 1), μ0 — магнитная постоянная, равная 4π·10−7 Гн/м.

Внимание! Направление напряженности всегда совпадает с направлением вектора магнитной индукции: →H↑↑→B.

Направление вектора магнитной индукции и способы его определения

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции, нужно:

  1. Расположить в магнитном поле компас.
  2. Дождаться, когда магнитная стрелка займет устойчивое положение.
  3. Принять за направление вектора магнитной индукции направление стрелки компаса «север».

В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции выходит из северного полюса:

При определении направления вектора магнитной индукции с помощью витка с током следует применять правило буравчика:

При вкручивании острия буравчика вдоль направления тока рукоятка будет вращаться по направлению вектора →B магнитной индукции.

Источник

Магнитное поле

В этой статье предложен разбор несложных задач, связанных с действием магнитного поля на проводник с током. Помните, что при определении направления действия данной силы нужно пользоваться правилом левой руки, и линии магнитной индукции должны “втыкаться” в ладонь.

Задача Горизонтальные рельсы, расположенные на расстоянии друг от друга, находятся в однородном вертикальном магнитном поле с индукцией Тл. Найти расстояние, которое по рельсам должен пройти проводник, чтобы он мог достичь первой космической скорости. Масса проводника кг, сила тока в нем А, первая космическая скорость км/с. Трение в системе не учитывать.

Если начальная скорость проводника равна 0, то можно использовать формулу для равноускоренного движения:

Тогда, если ускорение равно:

Задача На двух легких проводящих нитях горизонтально висит металлический стержень длиной м и массой кг. Стержень находится в однородном магнитном поле с индукцией Тл, направленной вертикально вниз. Определить угол отклонения нитей от вертикали, если сила тока в стержне А.

На провод с током в магнитном поле действует сила , равная

Так как поле перпендикулярно проводу, то .

Направлена эта сила будет так, как показано на рисунке.

На провод также действует сила тяжести и сила натяжения нити , поэтому можем записать:

Разделим первое уравнение на второе:

Обращаю внимание, что угол не является искомым углом, а искомый равен .

Задача Медный провод, площадь сечения которого мм, согнутый, как показано на рисунке, может поворачиваться вокруг горизонтальной оси . Провод находится в однородном магнитном поле, направленном вертикально. При прохождении по проводнику тока, провод отклоняется на угол от вертикали. Определить индукцию поля, если сила тока А.

На провод с током в магнитном поле действует сила , равная

Так как поле перпендикулярно проводу, то .

Направлена эта сила будет так, как показано на рисунке.

На горизонтальный участок провода также действует сила тяжести и сила натяжения провода . Так как вертикальные отрезки провода подвешены за один конец, то можно считать, что средняя сила тяжести, действующая на них, равна , поэтому можем записать, что суммарная сила тяжести равна:

Читайте также:  Основные типы вопросов используемых в деловом общении

Как и в предыдущей задаче,

Разделим первое уравнение на второе:

Опять же, данный угол не является искомым. Искомый угол равен

Задача Металлический стержень длиной м и массой г подвешен на двух легких проводах длиной см в однородном магнитном поле с индукцией Тл, направленной вертикально вниз. К точкам крепления проводов подключен конденсатор емкостью 100 мкФ, заряженный до напряжения В. Определить максимальный угол отклонения стержня от положения равновесия после разрядки конденсатора, если она происходит за очень малое время. Сопротивление стрежня и проводов не учитывать.

В течение короткого промежутка времени на проводник с током будет действовать сила, равная

Но, так как направление протекания тока и направление линий магнитной индукции перпендикулярны, то и

Ток – это количество заряда, прошедшее за единицу времени через сечение проводника, то есть

Так как конденсатор разряжается, то очевидно, что за это короткое время с него стечет весь накопленный заряд:

Тогда сила, действующая на проводник, будет равна:

Как известно, импульс силы равен

Отсюда найдем скорость, сообщенную проводнику:

Так как в момент, когда проводник окажется в верхней точке, его скорость равна 0, то вся его кинетическая энергия, очевидно, перейдет в потенциальную:

Таким образом, найдем высоту, на которую сможет подняться наш проводник:

Тогда косинус искомого угла отклонения от вертикали будет равен:

Можно теперь определить арккосинус полученного выражения, и дело в шляпе, но можно его еще упростить, используя тригонометрические функции половинного аргумента:

Источник

Магнитное поле вопросы после параграфа

О чем умолчал Перышкин?
О том, как сделать домашнее задание, ответить на вопросы и решить задачи в упражнениях!
Уверена, что думающие ученики сначала всё сделают сами, а эти сведения будут помощью «застрявшим в пути».
Ответы на ДЗ по физике помогут вам проверить себя и найти ошибки.

Ответы на ДЗ из упражнений соответствуют всем выпускам учебников этого автора, начиная с 1989 г.
Так как номера упражнений с одинаковыми вопросами в разных выпусках различаются, ответы на вопросы к упражнениям скомпонованы по темам параграфов.
На этой странице ГДЗ по темам: «Магнитное поле. Магнитное поле прямого проводника с током»

Магнитное поле

1. Магнитная стрелка, помещённая около провода, отклонилась при пропускании по нему электрического тока. За счёт какой энергии совершена работа, необходимая для поворота стрелки?

Работа, необходимая для поворота стрелки, совершается за счет энергии магнитного поля, возникающего вокруг проводника с электрическим током.

2. У зажимов аккумулятора не оказалось маркировки полюсов — где плюс, а где минус. Можно ли их определить, имея в наличии компас?

Да, можно.
Надо собрать электрическую цепь, т.е. подключить к аккумулятору какой-либо потребитель тока, например, элетролампу, чтобы не было короткого замыкания. Поднести компас к проводу, по которому протекает электрический ток.
В зависимости от направления электрического тока в цепи, а он всегда течет от плюса к минусу источника, стрелка компаса, взаимодействуя с током (как в опыте Эрстеда), повернется в ту или иную сторону.
После этого по положению повернувшейся стрелки можно определить конкретное направление тока в цепи (и соответственно, полярность аккумулятора), применив "правило буравчика", которое изучается, к сожалению, в 9 классе.

Магнитное поле прямого тока

1. а) Каким полюсом повернётся к наблюдателю магнитная стрелка на рисунке, если ток в проводнике направлен от А к В?
б) Изменится ли ответ, если стрелку поместить над проводом?

а) Если считать, что проводник с током находится над магнитной стрелкой, то магнитная стрелка повернется к наблюдателю красным концом, т.е. южным полюсом (см. рис. 95 б — нижняя стрелка).

б) Да, ответ изменится.
Если стрелку поместить над проводником с током, то магнитная стрелка повернется к наблюдателю синим концом, т.е. северным полюсом (см. рис. 95 б — верхняя стрелка)

2. В стене проложен (замурован) прямой электрический провод. Как найти место нахождения провода и направление тока в нём, не вскрывая стену?

Да, можно, если в стене по проводнику протекает постоянный электрический ток!
Допустим, ток постоянный, а стена вертикальная.
Подносим компас к стене в горизонтальном положении, тогда стрелка компаса отклонится от первоначального положения, если в этот момент по проводу в стене протекает ток.
По направлению отклонения стрелки можно определить направление тока (смотри рис. 96).

Читайте также:  Кроссворд 171 АиФ 187 10 от 10 03 2021 ответы на вопросы

Некорректное задание!
В домашних условиях проведение такого опыта невозможно, т.к. в быту используется электрическая сеть переменного тока.

Источник



ИНФОФИЗ — мой мир.

12. Вопросы к зачету по теме: "Магнитные явления"

Вопросы для подготовки к зачету по теме: «Магнитные явления»

31. Понятие магнитного поля. Магнитная индукция, линии магнитной индукции, их свойства.

32. Взаимодействие параллельных проводов с токами. Сила Ампера.

33. Э.Д.С. индукции в прямолинейном проводнике, движущимся в однородном магнитном поле.

34. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

35. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

36. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца.

37. Явление самоиндукции. Э.Д.С. самоиндукции. Индуктивность.

Ответы.

Часть 1. Основные физические величины, единицы их измерения, формулы для нахождения.

Наименование

Обозначения

Единицы измерения в СИ

Формулы

Магнитная индукция

В

Тл (Тесла)

Модуль вектора магнитной индукции

Сила Ампера

Н (Ньютон)

Сила Ампера

Сила Лоренца

Н (Ньютон)

Магнитный поток

Ф

Вб (Вебер)

Закон ЭМИ

εi

В (Вольт)

lr1016

ЭДС самоиндукции

εis

В (Вольт)

ЭДС самоиндукции

Индуктивность

L

Гн (Генри)

Индуктивность катушки

Часть 2. Основные понятия.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или тела­ми, обладающими магнитным моментом.

  1. Магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.
  2. Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся электрические заряды
  3. Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи)
  4. С удалением от источника магнитного поля оно ослабевает
  5. Изолированных магнитных зарядов не существует

Силовая характеристика магнитного поля — магнитная индукция.

Модуль вектора магнитной индукции это физическая величина, равная отношению максимального значения силы, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине l .

Обозначается В .

Модуль вектора магнитной индукции

B — модуль вектора магнитной индукции

F — сила, действующая на проводник с током

I — сила тока в проводнике

l — длина проводника

a — угол между направлениями тока в проводнике и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения магнитной индукции — тесла [Тл]

Линии магнитной индукцииэто линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к ним.

Свойства линий магнитной индукции:

  1. Линии магнитной индукции не пересекаются
  2. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током, т.е. не имеют начала и конца
  3. Густота линий магнитной индукции пропорциональна модулю вектора магнитной индукции

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия токов 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 проводники притягиваются.

Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в противоположных направлениях,то проводники отталкиваются.

Взаимодействие параллельных проводников с током

Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, помещённый в однородное магнитное поле индукции.

Эта сила пропорциональна длине отрезка проводника, силе тока, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля:

Сила Ампера

B — модуль вектора магнитной индукции

I — сила тока в проводнике

l — длина проводника

a — угол между направлениями тока в проводнике и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения — ньютон [Н]

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет на направление силы Ампера.

Когда проводник, а вместе с ним и свободные носители заряда в нем, движутся в магнитном поле, то на концах проводника индуцируется ЭДС:

v — скорость движения проводника

B — модуль вектора магнитной индукции

l — длина проводника

a — угол между направлениями скорости проводника и модуля вектора магнитной индукции

Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Электродвижущая сила в цепи — это результат действия сторонних сил, т.е. сил неэлектрического происхождения. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы, под действием которой происходит разделение зарядов, в результате чего на концах проводника по­является разность потенциалов.

Читайте также:  Речевой этикет на работе и в жизни

Магнитный поток

Магнитным потоком (потоком магнитной индукции) через замкнутый контур называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь контура S и на косинус угла между вектором В и перпендикуляром к плоскости контура.

B – модуль вектора магнитной индукции

S — площадь контура

α – угол между вектором B и нормалью n к плоскости контура

Единица измерения — вебер [Вб]

Сила Лоренцаэто сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

q — заряд частицы

v — скорость движения проводника

B — модуль вектора магнитной индукции

l — длина проводника

a — угол между направлениями скорости частицы и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения — ньютон [Н]

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению скорости положительно заряженной частицы (против движения отрицательной), то отогнутый большой палец укажет на направление силы Лоренца.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Закон ЭМИ (электромагнитной идукции): ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром.

lr1016

Опыты Фарадея по исследованию ЭМИ можно разделить на две серии:

1. возникновение индукционного тока при вдвигании и выдвигании магнита (катушки с током);

Объяснение опыта: При внесении магнита в катушку, соединенную с амперметром в цепи возникает индукционный ток. При удалении так же возникает индукционный ток, но другого направления. Видно, что индукционный ток зависит от направления движения магнита, и каким полюсом он вносится. Сила тока зависит от скорости движения магнита.

2. возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении тока в другой катушке.

Объяснение опыта: электрический ток в катушке 2 возникает в моменты замыкания и размыкания ключа в цепи катушки 1. Направление тока зависит от того, замыкаюи или размыкают цепь катушки 1, т.е. от того, увеличивается (при замыкании цепи) или уменьшаетя (при размыкании цепи) магнитный поток. пронизывающий 1-ю катушку.

Знак минус в формуле закона ЭМИ отражает правило Ленца:

индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

При возрастании магнитного потока ΔФ>0, а εинд<0, т.е. ЭДС индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

При уменьшении магнитного потока ΔФ<0, а εинд>0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

Правило Ленца имеет глубокий физический смыслоно выражает закон сохранения энергии.

Явление самоиндукции — это явление возникновения индукционного тока в цепи в результате изменения тока в этой же цепи. Самоиндукция — это частный случай явлений электромагнитной индукции.

Если в контуре изменяется ток, то в этом контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в катушке.

ЭДС самоиндукции

Магнитный поток Φ , возникающий в катушке, пропорционален силе тока I : Φ = LI

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки.

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции ) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через контур.

Индуктивность катушки

Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Единица измерения — генри [Гн].

Индуктивность контура зависит от его геометриче­ской формы, размеров и от магнитных свойств среды, в которой он находится.

Индуктивность это свойство проводника с током накапливать энергию в магнитном поле (преобразовывать энергию электрического тока в энергию магнитного поля).

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для преодоления самоиндукции и установления текущего тока. Эту энергию находят по формуле:

Источник