Магнитные поля токов
| English | Русский |
|---|---|
| iron core/ˈaɪən kɔː/ | железный сердечник |
| right-hand grip rule/raɪt hænd ɡrɪp ruːl/ | правило правой руки (для соленоида) |
| bar magnet/bɑː ˈmæɡnɪt/ | барный магнит |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | соленоид |
Магнит с выключателем
- Кран на металлобазе поднимает тонну стали, переносит её через площадку и сбрасывает щелчком переключателя.
- Постоянный магнит так сделать не сможет. На кране установлена катушка провода вокруг железного сердечника, и его магнетизм существует только при протекании тока.
- Каждое поле в этом уроке создается током, а значит, каждое из них можно по желанию включать, выключать, реверсировать или усиливать.
- Этот урок посвящен картинам силовых линий, которые создают токи, и силам взаимодействия между двумя токами.
Поле вокруг прямого провода
- Силовые линии образуют концентрические окружности вокруг провода, лежащие в плоскости, перпендикулярной ему.
- Их расстояние увеличивается с удалением, потому что поле ослабевает по мере удаления от провода.
- Направление определяется правилом правой руки: обхватите провод правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, тогда согнутые пальцы покажут направление силовых линий.
- Для тока, направленного в страницу, это дает по часовой стрелке поле.
Круги, расширяющиеся, каждый со стрелкой
Лабораторная работа по правилу тока
Связать направление тока с круговым магнитным полем вокруг провода.
Магнитное поле вокруг длинного прямого провода образует:
концентрические окружности, направление задаётся правилом захвата правой рукой.
Правило захвата правой рукой определяет направление поля вокруг провода с током.
Большой палец — по направлению тока, согнутые пальцы показывают направление кругового поля.
Плоская круговая катушка
- Согните провод в петлю, и круговые поля вокруг каждой стороны усиливают друг друга внутри центра.
- Поэтому поле в центре направлено перпендикулярно плоскости катушки и максимально там.
- Если смотреть с одной грани, катушка ведет себя как северный полюс (так как силовые линии выходят оттуда); с другой грани — как южный полюс. Одиночная петля уже является маленьким постоянным магнитом.
Какое направление имеет магнитное поле в центре плоской круговой катушки?
Круговые поля по двум сторонам усиливаются через центр, поэтому катушка ведёт себя как маленький стальной магнит: северный полюс с одной грани, южный — с другой.
Соленоид
- Соленоид — это много таких петель подряд. Их поля складываются вдоль оси, поэтому внутри поле почти однородное и параллельно оси, точно как у растянутого постоянного магнита.
- Снаружи оно рассеивается и быстро убывает, а концы ведут себя как N и S полюса.
- Три фактора усиливают его: большее количество витков на единицу длины, больший ток и железный сердечник.
Однородное вдоль оси, с полюсами на концах
Внутри длинного соленоида магнитное поле почти ____.
как у растянутого стального магнита — поле внутри однородно и параллельно оси.
Добавление железного сердечника значительно увеличивает магнитное поле соленоида.
Атомные магниты железа выстраиваются и добавляют своё поле — используется в электромагнитах и трансформаторах.
Какие изменения увеличивают магнитное поле внутри соленоида? Выберите все подходящие варианты.
Витков на единицу длины, ток и ферромагнитное сердечник. Более толстый провод снижает сопротивление, но сам по себе не изменяет поле при заданном токе.
Разбор примера: почему сердечник помогает
- Объясните, почему вставка железного сердечника значительно увеличивает магнитное поле соленоида.
- Сердечник сделан из ферромагнитного материала, поэтому поле соленоида его магнитит: атомные магнитики выстраиваются вдоль поля.
- Затем намагниченный сердечник создает собственное магнитное поле, которое прибавляется к полю тока.
- Вместе они гораздо сильнее, чем поле тока в отдельности. Оба шага — намагничивание и создание собственного поля — обязательны для получения баллов. Фраза «он концентрирует силовые линии» не является правильным ответом.
Расставьте объяснение усиления поля соленоида железным сердечником в правильном порядке.
Для получения баллов нужны оба средних шага: намагниченность и создание собственного поля. Фраза «он концентрирует поле» не является ключевым словом для оценки.
Два параллельных тока
- Каждый провод находится в поле другого, поэтому каждый испытывает силу мотор-эффекта $F = BIL$.
- Примените правило левой руки к каждому проводу по очереди, используя поле, создаваемое другим проводом. Результат симметричен, как требует третий закон Ньютона.
- Токи в одном направлении притягиваются. Токи в противоположных направлениях отталкиваются.
- Эта сила лежит в основе исторического определения ампера.
Два параллельных провода с токами в одном направлении:
Токи одного направления притягиваются; токи противоположных направлений отталкиваются. Это основа определения ампера.
Соотнесите каждую задачу с используемым правилом.
Задача о параллельных проводах требует обоих правил: правая рука для поля, создаваемого одним проводом, затем левая рука для силы, действующей на другой провод.
Разобранный пример: определение направления
- Два длинных параллельных провода несут токи в одном направлении. Докажите, что они притягиваются.
- Примените правило правой руки для витка к левому проводу: в области правого провода его поле направлено в плоскость рисунка, допустим.
- Теперь примените правило левой руки к правому проводу: поле в плоскость рисунка, ток вверх по странице, значит сила, действующая на него, направлена к левому проводу.
- Повторите для другого провода, и сила будет направлена к первому. Они притягиваются. Заметьте, что подобные токи притягиваются, что противоположно тому, как ведут себя подобные заряды.
Потерянные баллы
- Правая рука используется для поля, создаваемого током; левая рука — для силы, действующей на ток в поле. Оба правила встречаются в задачах о параллельных проводах, и они не взаимозаменяемы.
- Поле вокруг провода образует окружности, а не линии вдоль провода, и расстояние между ними увеличивается.
- Железный сердечник магнитизуется и создает собственное поле. Упомяните обе части.
- Токи в одном направлении притягиваются, в отличие от зарядов одного знака.
Вы поняли
- Поле прямого провода представляет собой концентрические окружности с растущим расстоянием между ними, направление определяется по правилу правой руки для витка.
- Плоская катушка создает поле под прямым углом через свой центр и действует как маленький полосовой магнит; соленоид имеет поле, почти равномерное внутри, и полюса на концах.
- большее число витков на единицу длины, больший ток и железный сердечник усиливают соленоид, при этом сердечник усиливает поле, так как он магнитизуется и создает собственное поле.
- параллельные токи притягиваются при одинаковом направлении и отталкиваются при противоположном, что определяется с помощью правила правой руки для поля и правила левой руки для силы.