Магнитное поле
| English | Русский |
|---|---|
| magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ | магнитным полем |
| current/ˈkʌrənt/ | тока |
| permanent magnets/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪts/ | постоянные магниты |
| iron filings/ˈaɪən ˈfaɪlɪŋz/ | железные опилки |
| field lines/fiːld laɪnz/ | силовые линии |
| right-hand grip rule/raɪt hænd ɡrɪp ruːl/ | правило правой руки (для соленоида) |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | соленоид |
| iron core/ˈaɪən kɔː/ | железный сердечник |
| electromagnets/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪts/ | электромагниты |
Поле, игнорирующее всё, что неподвижно
- Удерживайте неподвижный заряд рядом с мощным магнитом, и абсолютно ничего не произойдёт. Никакой силы, никакого толчка, ничего.
- Запустите тот же заряд в движение, и его внезапно отбросит в сторону, перпендикулярную как движению, так и полю.
- Именно эта избирательность отличает магнитное поле от электрического, и именно об этом первым спрашивает экзаменатор.
- Этот урок посвящён тому, что такое магнитное поле, что его порождает, и каковы схемы линий поля, которые вы должны уметь рисовать.
Что такое магнитное поле
- Магнитное поле — это область, в которой на движущийся заряд, проводник с током или магнитный материал действует сила.
- В ключах к ответам требуется слово сила и один из этих трёх объектов. Фраза «область вокруг магнита» без этого даёт ноль очков.
- Обратите внимание, чего не хватает: заряд в покое вообще не испытывает магнитной силы. Электрическое поле действует на любой заряд; магнитное поле избирательно.
Магнитное поле — это область, где:
Магнитные силы действуют только на движущиеся заряды (и токи) — неподвижный заряд ничего не чувствует.
В какой из перечисленных объектов действует сила в магнитном поле? Выберите все подходящие варианты.
Неподвижный заряд не испытывает магнитной силы вообще, что в точности отличает магнитное поле от электрического.
Что его порождает
- Движущиеся заряды, что на практике означает ток в проводе.
- Постоянные магниты, где поле исходит от крошечных атомных токов внутри материала.
- Это одна и та же причина в основе всего. Постоянный магнит — тоже движущийся заряд, просто на атомном масштабе.
Железные опилки превращают невидимое поле в то, что можно сфотографировать
Что из перечисленного создаёт магнитное поле?
Движущиеся заряды и токи создают магнитные поля; постоянный магнит делает это благодаря атомным токам. Неподвижный заряд создаёт только электрическое поле.
Линии поля
- Снаружи магнита линии поля идут от N к S, а внутри — от S к N, поэтому они всегда образуют замкнутые петли.
- Линии никогда не пересекаются, а ближе расположенные линии означают более сильное поле. Каждая линия несёт стрелку.
- Линии наиболее плотны, то есть расположены ближе друг к другу, вблизи полюсов.
Замкнутые петли, скученные у полюсов
Лабораторная работа по магнитному полю
Перемещайтесь между различными магнитными конфигурациями и наблюдайте, как меняются картины поля.
Снаружи магнита линии поля идут:
Линии покидают полюс N и входят в полюс S снаружи, образуя замкнутые петли внутри магнита.
Линии магнитного поля никогда не пересекаются.
Если бы они пересекались, вектор поля указывал бы в два направления одновременно — это невозможно. Более близкое расположение линий означает лишь более сильное поле.
Если линии поля нарисованы ближе друг к другу, это означает ____ поле.
Расстояние между линиями показывает силу поля — чем ближе линии, тем сильнее поле.
Разобранный пример: рисование поля прямого провода
- Нарисуйте четыре линии поля вокруг длинного прямого провода, по которому течёт ток в плоскость листа.
- Линии представляют собой концентрические окружности с центром на проводе. Это первый балл.
- Их расстояние увеличивается с удалением, потому что поле ослабевает при отдалении. Это второй балл.
- Каждая линия несёт стрелку, а для тока в плоскость листа направление — по часовой стрелке, согласно правилу правой руки: большой палец указывает по направлению тока, пальцы огибают в том направлении, куда направлено поле.
Паттерны, которые нужно знать
- Стержневой магнит: изогнутые линии от N к S снаружи, плотнее всего у полюсов.
- Длинный прямой провод: концентрические окружности, расстояние между ними расширяется с удалением.
- Плоская круговая катушка: петли по двум сторонам усиливают друг друга через центр, поэтому поле там направлено перпендикулярно плоскости катушки и максимально в центре. С одной стороны катушка выглядит как северный полюс, с другой — как южный.
- Длинный соленоид: множество таких катушек подряд, поэтому поле внутри почти однородное и параллельно оси, как у растянутого стержневого магнита, и быстро убывает снаружи.
Однородное посередине и поле стержневого магнита на концах
При рисовании линий магнитного поля вокруг прямого провода отметьте, какие из утверждений верны. Выберите все подходящие варианты.
Окружности, расширяющееся расстояние, стрелки. При токе, направленном в плоскость листа, направление по часовой стрелке согласно правилу правой руки.
Железный сердечник
- Помещение железного сердечника или любого ферромагнитного материала внутрь соленоида значительно увеличивает поле.
- Причина (и правильный ответ на экзамене): сердечник магнизируется полем соленоида, и собственное поле сердечника складывается с полем тока.
- Вот почему электромагниты и трансформаторы строятся на железных сердечниках, а не на воздухе.
Каким является магнитное поле внутри длинного соленоида?
Соленоид состоит из множества катушек подряд, поэтому поле внутри него однородно, как у вытянутого полосового магнита, а снаружи быстро убывает.
Сопоставьте каждое расположение с формой его магнитного поля.
Все четыре схемы необходимо уметь рисовать по памяти, со стрелками и расстоянием, показывающим, где поле сильное.
Потерянные баллы
- Определение требует слова сила и одного из: движущийся заряд, проводник с током, магнитный материал. Неподвижный заряд ничего не чувствует.
- Линии поля образуют замкнутые петли: от N к S снаружи, от S к N внутри. Они никогда просто так не обрываются.
- Линии поля провода — это концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается, и каждая должна иметь стрелку.
- Железный сердечник работает, потому что он магнизируется и добавляет собственное поле, а не потому что он «концентрирует» или «притягивает» поле.
Почему железный сердечник значительно усиливает поле соленоида?
Атомные магниты сердечника выстраиваются в ряд и создают собственное поле. Это точная формулировка для экзамена, именно поэтому электромагниты и трансформаторы используют железные сердечники.
Вы поняли
- магнитное поле — это область, где сила действует на движущийся заряд, проводник с током или магнитный материал; неподвижный заряд ничего не чувствует
- оно порождается движущимися зарядами или постоянными магнитами, которые являются атомными токами
- линии поля идут от N к S снаружи и от S к N внутри, образуя замкнутые петли; они никогда не пересекаются, а плотность означает силу
- схемы: стержневой магнит, концентрические окружности вокруг провода по правилу правой руки, катушка как маленький магнит и соленоид с однородным полем внутри; железный сердечник намагничивается и добавляет собственное поле