Магнитное поле 9 класс

Магнитное поле: материя, проявляющаяся вокруг движущихся электрических зарядов

Магнитное поле – это особый вид материи, который возникает вокруг движущихся электрических зарядов. Это поле можно обнаружить по его воздействию на движущийся электрический заряд или проводник с током с определенной силой. Особенность магнитного поля заключается в том, что оно распространяется в пространстве со скоростью, равной скорости света в вакууме. Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды и изменяющееся электрическое поле.

Линии магнитного поля

Линии магнитного поля – это линии, касательные к которым в каждой точке имеют направление вектора магнитной индукции в этой точке. Это позволяет визуально представить форму поля в пространстве и его направление.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли – это феномен, который интересует многих. Вот некоторые факты о магнитном поле Земли:

  • Истинный южный полюс находится где-то на севере у Канады, и полюса могут перемещаться.

  • Магнитное поле Земли имеет внутриземное происхождение. Ядро Земли состоит из жидкого железа, в котором циркулируют круговые токи, порождающие магнитное поле.

  • Магнитное поле Земли не остается постоянным и испытывает медленные изменения во времени. Могут происходить изменения в расположении магнитных полюсов на противоположные, называемые инверсиями.

  • Частицы солнечного ветра, преимущественно протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий. Это может вызывать полярные сияния.

Действие магнитного поля на проводники с током

Магнитное поле оказывает воздействие на проводники с током. Вот некоторые особенности этого взаимодействия:

  • Проводники с одинаковым направлением тока притягиваются друг к другу, а проводники с разными направлениями тока отталкиваются из-за силы Ампера.

  • Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, зависит от модуля вектора магнитной индукции, силы тока в проводнике, длины проводника и угла между направлением поля и направлением тока.

  • Также магнитное поле оказывает силу на заряженную частицу, которая находится в этом поле.

Магнитные свойства веществ

Магнитные свойства веществ – это особенности взаимодействия веществ с магнитным полем. Каждое вещество обладает своими магнитными характеристиками, которые могут быть изучены и использованы в различных областях науки и техники.

Общий характер зависимости Ј от Во

Участок Оа представляет собой кривую намагничивания, подобную представленной на рисунке 6.7. В точке а достигается насыщение. При уменьшении Во до нуля намагниченность уменьшается в соответствии с участком кривой аб. При Во = 0 намагниченность отлична от нуля. Ее значение J = Об представляет собой остаточную намагниченность. Образец создает магнитное поле без внешнего намагничивающего поля.

Кривая намагничивания

ТочкаНамагниченность
аНасыщение
а-Насыщение

При увеличении магнитной индукции Во, направленной уже в противоположную сторону, намагниченность уменьшается и лишь при Вос – Ос становится равной нулю. Значение индукции Во называют коэрцитивной (задерживающей) силой. Это та магнитная индукция, которую нужно создать для размагничивания образца.

Индукция магнитного поля

Физическая скалярная величина, равная произведению модуля индукции магнитного поля, площади поверхности и косинуса угла между направлениями нормали к этой поверхности и индукции магнитного поля.

Замыкание гальванометра на соленоиде

В соленоид опускается постоянный магнит, перемещая который, фиксируются отклонения стрелки гальванометра. Это говорит о наличии индукционного тока. Если увеличить скорость перемещения магнита относительно катушки, тогда стрелка гальванометра отклонится еще сильнее. Это говорит о том, что произошла замена полей. Магнит может быть неподвижным или передвижение соленоида происходит относительно магнита.

Две катушки

Производится установка одной в другую. Концы одной из них подключаются с гальванометром. Другая катушка подвергается прохождению тока. При его подаче и отключении стрелка гальванометра изменяет свое положение. Если катушки перемещать друг относительно друга, изменения будут более заметны.

Выводы

Индукционный ток возможен при изменении потока магнитной индукции. Величина индукционного тока не имеет связи с изменением потока, а только со скоростью его изменения.

Явление электромагнитной индукции

Появление электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока.

План урока для 9 класса

  1. Магнетизм
  2. Электромагнитное поле
  3. Явление электромагнитной индукции
  4. Сила Ампера (действие магнитного поля на проводник с током)

Учителя физики

Приглашаем учителей физики

Учитесь школьников и получайте от 40 до 100 000 рублей в месяц! Приглашаем учителей физики с высшим образованием и опытом подготовки к выпускным экзаменам.

Магнитное поле: основные понятия и правила

Магнитное поле — это одна из составляющих электромагнитного поля, которая создается движущимися зарядами (электрическими токами). Магнитное поле создается только движущимися зарядами и способно действовать только на движущиеся заряды или на токи, не воздействуя на неподвижные заряды.

Вектор индукции магнитного поля

Основная характеристика магнитного поля — это вектор индукции магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции принято брать от южного полюса к северному по стрелке компаса, располагающейся в магнитном поле. Внимание: снаружи стрелки поле направлено от северного полюса к южному.

Значение магнитной индукции определяется как отношение максимальной силы, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины (l=1 м), к силе тока I в проводнике. В системе СИ единицей магнитной индукции является 1 Тесла (1 Тл).

Правила и направления

Главное свойство этих правил — их обратимость. Направления вектора магнитной индукции и направление силы тока можно менять между собой, и правило останется.

Правило буравчика 1

Правило буравчика 1

Правило буравчика 2

Правило буравчика 2

Правило правой руки 1

Правило правой руки 1

Правило правой руки 2

Правило правой руки 2

Способ из старого учебника

Способ из старого учебника

Эксперимент

Сформулируем свойства силовых линий магнитного поля:

Магнитное поле трех проводников с током

Итоги: доказали наличие магнитного поля вокруг движущихся электрических зарядов, получили картины различных магнитных полей, сформулировали свойства силовых линий магнитного поля.

Сила Ампера

Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Модуль силы Ампера FА равен произведению модуля индукции магнитного поля B, длины проводника l, силы тока I и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля sinα: FА=B∙I∙l∙sinα.

Сила Ампера

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки.

Правило Лоренца и движение частиц в магнитном поле

Для определения направления силы Ампера и Лоренца применяют правило левой руки. Это правило позволяет установить векторы и направления сил, действующих в магнитном поле.

Ампер и параллельные проводники

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов.

Параллельные проводники

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется для определения единицы силы тока — ампера.

Сила Лоренца

Понимание магнитного поля строится на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды.

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу. Важно знать направление силы Лоренца для предсказания движения частиц в магнитном поле.

Движение частиц в магнитном поле

  1. Если скорость заряженной частицы направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, частица движется по прямой с постоянной скоростью.
    Прямое движение

  2. Если скорость заряженной частицы перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, частица движется по окружности.
    Движение по окружности

  3. Если скорость заряженной частицы направлена под углом к вектору индукции магнитного поля, частица движется по винтовой линии.

Используйте правило Лоренца для определения направления движения частиц в магнитном поле и понимания сил, действующих на заряженные частицы.

Действие силы Лоренца широко используют в различных электротехнических устройствах:

Магнитное поле 9 класс

Действие магнитного поля на рамку с током

Рассмотрим проволочную проводящую рамку, находящуюся во внешнем магнитном поле

. Если в этой рамке создать электрический ток I, то на рамку со стороны магнитного поля начнут действовать силы Ампера

Магнитное поле 9 класс

Если внешнее магнитное поле является однородным, то равнодействующая всех сил Ампера будет равна нулю, однако момент всех сил Ампера в нуль обращаться не будет, что означает то, что рамка начнет вращаться (создается вращающий момент, и рамка поворачивается в положение, в котором вектор

Магнитное поле 9 класс

На данном факте основано действие электродвигателя постоянного тока (электромотора).

Магнитное поле 9 класс

Если внешнее магнитное поле является неоднородным, то равнодействующая всех сил Ампера и момент всех сил не будут равны нулю, то есть свободная рамка начнет поступательно двигаться плюс вращаться (неоднородное магнитное поле ориентирует, а также притягивает или отталкивает рамку с током).

Магнитные свойства вещества

Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля. В результате этого вектор магнитной индукции

при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции

Магнитная проницаемость вещества μпоказывает, во сколько раз вектор магнитной индукции в веществе

больше, чем вектор магнитной индукции

0 в вакууме, то есть:

Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами:

Магнитное поле Земли

Обойти вниманием самый большой магнит на планете, на которой мы живем было бы непростительно.

Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса, около северного берега озера Виктория (Канада). Северный магнитный полюс находится вблизи южного географического полюса, около берегов Антарктиды. Магнитные полюса Земли перемещаются (дрейфуют).

Магнитное поле Земли не остается постоянным, оно испытывает медленные изменения во времени (так называемые вековые вариации). Кроме того, через достаточно большие интервалы времени могут происходить изменения расположения магнитных полюсов на противоположные (инверсии).

Магнитное поле 9 класс

Во время увеличения солнечной активности интенсивность солнечного ветра возрастает. При этом частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы в северных широтах (где магнитные силовые линии сгущены) и вызывают там свечения — северные сияния. В магнитном поле Земли в условиях разреженного воздуха так светятся обычно атомы кислорода и молекулы азота. Магнитное поле Земли защищает ее жителей от солнечного ветра.

Магнитные бури — это значительные изменения магнитного поля Земли под действием усиленного солнечного ветра в результате вспышек на Солнце и сопровождающих их выбросов потоков заряженных частиц.

Магнитные бури продолжаются обычно от 6 до 12 часов, а затем характеристики земного поля снова возвращаются к норме. Но за столь короткое время магнитная буря сильно влияет на радиосвязь, линии электросвязи, людей.

Кстати, человечество начало использовать магнитное поле Земли уже в начале XVII–XVIII вв. Тогда получает широкое распространение в мореходстве компас (магнитная стрелка).

Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве.

Напряжение в проводнике, движущемся в магнитном поле

С помощью силы Лоренца можно объяснить явление поляризации и возникновения ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике.

Если поместить проводник на рельсы, с которыми у него будет электрический контакт, а магнитное поле направить вертикально к плоскости, в которой находится проводник на рельсах, то, если замкнуть рельсы со стороны, противоположной от проводника и перемещать проводник с постоянной скоростью, — в проводнике появится электрический ток. Причина этого тока — сила Лоренца, действующая на свободные электроны в проводнике, которые движутся вместе с проводником в магнитном поле.

Магнитное поле 9 класс

Этот эксперимент можно провести в домашних условиях

Магнитный поток

Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) — это скалярная величина, которая количественно описывает прохождение магнитного поля через некоторую поверхность. Обозначается буквой Ф.

Магнитное поле 9 класс

Магнитное поле 9 класс

Магнитный поток Ф, пронизывающий площадь контура, зависит от:

Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура α=0о, то магнитный поток максимален и равен Фmax=B∙S

Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура α=90о, то магнитный поток равен нулю Ф=0.

Магнитное поле 9 класс

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция — это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем.

В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции. Например, в двигателе или генераторе электрического тока, в трансформаторах, радиоприемниках и многих других устройствах.

Благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую, а до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока кроме как от источников тока.

Опыт № 1

Если в соленоид (катушка индуктивности), который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). При этом отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита имеют противоположные направления.

Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится. Для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид.

Магнитное поле 9 класс

Опыт № 2

Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток. В моменты включения или выключения тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра также имеют противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек.

Магнитное поле 9 класс

Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока).

Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток. В этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур.

Открытие явления электромагнитной индукции дало возможность получать электрический ток с помощью магнитного поля и подтолкнуло разработку теории электромагнитного поля.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

При изменении полного магнитного потока Ф, пронизывающего контур, в этом контуре возникает ЭДС индукции:

— скорость изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этот контур.

Знак «-» в законе показывает то, как ориентирована возникающая ЭДС в контуре. Это так называемое правило Ленца.

По формуле Ф=B*S*cosα для магнитного потока отчетливо видно, что поток меняется:

Во всех этих случаях по закону Фарадея в контуре будет индуцироваться ЭДС индукции.

Правило Ленца: «ЭДС индукции, возникающая в контуре, ориентирована так, что индукционный ток, который она создает, направлен так, чтобы ослабить действие причины, возбуждающей эту ЭДС, а стало быть, и индукционный ток».

Рисунок иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.

Магнитное поле 9 класс

В этом примере

Магнитное поле 9 класс

Итоги

Выполнили все цели урока, провели несколько познавательных эксперимента, узнали новые физические величины и явления.

Эксперты Skyeng и Skysmart подготовили для вас методические подарки.

Выбирайте те, что нужны, или заберите все!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *