1. Какое магнитное поле называется однородным?и где оно существует?
Однородное магнитное поле существует: а) внутри соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током, если длина соленоида значительно больше его диаметра. б) внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.
2. Какое магнитное поле называется неоднородным? и где оно существует?
Неоднородное магнитное поле существует: а) снаружи полосового магнита, б) снаружи соленоида (катушки с током), в) вокруг прямого проводника с током.
3. Что вы знаете о направлении и форме линий поля полосового магнита?
Магнитное поле постоянного полосового магнита:
Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность. Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Это значит, что возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке. Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку. в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Поле постоянного полосового магнита является неоднородным снаружи магнита и однородным внутри его центральной части..
4. Что вы знаете о магнитном поле прямого проводника с током?
Магнитное поле может прямолинейного проводника с током:
Проводник с током расположен перпендикулярно к плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам. Магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника. Магнитное поле прямого проводника с током неоднородно.
5. Что вы знаете о магнитном поле соленоида (катушки с током)?
Магнитное поле соленоида (катушки с током):
6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?
Вокруг полосового магнита образуется неоднородное магнитное поле.
Вокруг прямолинейного проводника с током образуется неоднородное магнитное поле.
Внутри соленоида, если длина его больше его диаметра, образуется однородное магнитное поле.
7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля? однородного магнитного поля?
Сила, с которой манитное поле полосового магнита действует на помещенную в его неоднородное поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.
Сила, с которой манитное поле катушки с током действует на помещенную внутри катушки (в однородное поле) магнитную стрелку, в разных точках поля должна быть одинаковой как по модулю, так и по направлению.
8. Сравните картины расположения линий в неоднородном и однородном магнитных полях.
Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.
Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.
9. Как изображают линии магнитного поля, направленные перпендикулярно к плоскости чертежа?
Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками.
Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены из-за чертежа к нам, то их изображают точками.
Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с н45аправлением магнитных линий).
Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.
Может ли магнитное поле быть однородным?
Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.
Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.
Такое поле может потребоваться человеку, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.
Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль.
А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.
Для более наглядного изображения магнитного поля силовые линии располагают реж е или гуще. В тех местах, где магнитное роле сильнее, силовые линии располагают ближе друг к другу, там же, где оно слабее,— дальше друг от друга. Силовые линии нигде не пересекаются.
Во многих случаях удобно рассматривать магнитные силовые линии как некоторые упругие растянутые нити, которые стремятся сократиться, а также взаимно отталкиваются друг от друга. Такое механическое представление о силовых линиях позволяет наглядно объяснить возникновение электромагнитных сил при взаимодействии магнитного поля и проводника с током, а также двух магнитных полей.
Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.
Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита, изображенную на рисунке.
Из курса физики 8 класса мы знаем, что магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.
Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.
Еще одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам, как будто мы видим острие стрелы, указывающей направление тока (ток, направленный от нас за чертеж, обозначают крестиком, как будто мы видим хвостовое оперение стрелы, направленной по току).
Из этого рисунка видно, что магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.
Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.
Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками. Как и в случае с током, каждый крестик – это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка – острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).
Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно. Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным. В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.
Рис. 6. Неоднородное магнитное поле
Во-первых, теперь мы уже знаем, чтомагнитные линии можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.
На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.
Рис. 7. Однородное магнитное поле
Однородное магнитное поле – это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.
Неоднородное магнитное поле
Однородное Магнитное поле
Сила, действующая в разных точках
Различна
Одинакова (как по модулю, так и по направлению)
Линии магнитного поля
Искривлены, их густота различна
Параллельны, их густота одинакова
Примеры
Поле магнита вне его Поле прямолинейного проводника с током
Поле внутри длинной катушки с большим числом витков. Поле внутри магнита
Список дополнительной литературы:
Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. – М., 1974
Тема: Электромагнитные явления
Урок 40. Направление тока и направление линий его магнитного поля
Ерюткин Евгений Сергеевич
Опыт Эрстеда
В ходе урока мы определим взаимосвязь электрического тока и направления его магнитных линий. Для поиска закономерностей необходимо обратиться к опыту, который впервые был проведен в 1820 году датским ученым Эрстедом.
Рис. 1. Схема опыта Эрстеда
Обратимся к схеме опыта. В двух штативах был укреплен прямой проводник, подключенный к источнику тока. Под проводником располагалась магнитная стрелка, когда протекал электрический ток, магнитная стрелка располагалась перпендикулярно проводнику с током. Следующий эксперимент с изменением полярности. Электрический ток протекает в противоположную сторону. В результате направление тока в проводнике изменилось. Что произошло с магнитной стрелкой? Магнитная стрелка развернулась на 180 °. Обратите внимание, теперь южный полюс стрелки указывал туда, куда указывал северный, а северный – в противоположном направлении.
О чем этот эксперимент говорит? О том, что, когда изменяется направление электрического тока, изменяется направление магнитных линий.
1. Что вы знаете о направлении и форме линий поля полосового магнита?
Неоднородное магнитное поле: вокруг полосового магнита и прямолинейного проводника с током. Однородное магнитное поле: внутри соляноида.
3. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля? однородного магнитного поля?
Сила, действующая на магнитную стрелку в однородном поле, в разных точках имеет одинаковый модуль и направление. В неоднородном поле они различны.
4. Сравните картины расположения линий в неоднородном и однородном магнитных полях.
В однородном поле магнитные линии расположены параллельно друг другу и с одинаковой густотой. В неоднородном магнитном поле их густота и их направления могут отличаться, однако они никогда не пересекаются.
5. Как изображают линии магнитного поля, направленные перпендикулярно к плоскости чертежа?
Точкой, если линия идет из-за чертежа к нам и крестиком, если от нас за чертеж.
а) поле действует с одинаковой силой в точках С и D; б) с наибольшей силой поле действует в точке А.
2. Рассмотрите рис. 94 и определите, можно ли в неоднородном магнитном поле, созданном витком с током, найти такие точки, в которых сила действия поля на магнитную стрелку была бы одинакова как по модулю, так и по направлению. Если да, то сделайте в тетради рисунок, аналогичный рисунку 94, и укажите на нем хотя бы две пары таких точек.
Рис. 6. Неоднородное магнитное поле
Рис. 7. Однородное магнитное поле
