Как устроена магнитная стрелка сколько полюсов она имеет назовите их?
Расположение северного магнитного полюса не совпадает с географическим северным полюсом. Примерно с начала XVII века полюс располагается под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики. Это приводит к тому, что стрелка компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно.
Каждый день полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении со скоростью около 10 км в год, поэтому любые его координаты являются временными и неточными.
Противоположностью северного магнитного полюса является южный магнитный полюс, который расположен в Антарктике. Если провести условную линию от одного полюса до другого, то она не пройдёт точно через центр Земли. Это связано с тем, что магнитное поле Земли не совсем симметрично.
Традиционно, конец магнита, указывающий направление на север называется северным полюсом магнита, а противоположный конец — южным. Известно, что одинаковые полюса отталкиваются, а не притягиваются. Из этого следует, что северный магнитный полюс на самом деле физически является южным.
Вот – где стрелка компаса обоими концами показывает на юг!
Ответы на вопросы. Глава 2. Электромагнитные явления > номер 22 1. Опишите опыт, в котором наблюдается действие электрического тока на магнитную стрелку. Кто и когда впервые его осуществил? 1. 1820 г. Г. Х. Эрстед. При прохождении тока через проводник магнитная стрелка отклоняется.
2. Что является источником магнитного поля? 2. Электрический ток.
3. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле прямого тока? 3. Перпендикулярно току.
4. Что называют магнитными силовыми линиями? 4. Линии, по которым располагаются стрелки в магнитном поле.
5. Какую форму имеют силовые линии магнитного поля прямолинейного тока? 5. Окружности, охватывающие этот ток.
6. Сформулируйте первое правило правой руки. 6. Если обхватить проводник ладонью правой руки, направив большой палец вдоль тока, то остальные пальцы укажут направление силовых линий магнитного поля.
Не знаете как решить? Можете помочь с решением? Заходите и спрашивайте.
Магнитная стрелка — указатель стран света
Магнетизмом называется особое свойство движущихся электрических зарядов. Если по проволоке пропустить электрический ток, т. е. заставить двигаться по ней электрические заряды, то вокруг проволоки в пространстве возникает магнетизм, или, как его иначе называют, магнитное поле. Обнаружить магнетизм можно по взаимодействию тел, обладающих магнетизмом.
Подвесим на гибком шнуре рамочку, обтекаемую током, и около нее поместим провод, также обтекаемый током. Рамочка будет стремиться повернуться так, чтобы ее плоскость была параллельна проволоке: если плоскость рамки была в положении ABCD, то при пропускании тока по аб рамочка примет положение A1B1C1D1. Это значит, что магнитные поля проводников, обтекаемых электрическим током, действуют друг на друга и вызывают движения проводников.
Некоторые вещества, как например железо и его сплавы, обладают способностью сильно намагничиваться, если внести сделанные из них тела в магнитное поле. Другими словами, вокруг намагниченных тел, сделанных из железа или его сплавов, возникают магнитные поля; эти поля в той или иной мере могут сохраняться и после того, как тело будет изъято из намагничивающего поля; образуется так называемая остаточная намагниченность тел.
Так получаются, например, постоянные магниты из стали, намагниченные стальные стрелки, употребляемые в школьных опытах по физике и в практике (в компасах и других приборах).
Намагничивание стального шарика при помощи самодельного электромагнита.
Возьмем картонную трубку, намотаем на нее несколько рядов изолированной медной проволоки и пропустим по проволоке электрический ток от аккумулятора или от батареи сухих элементов. Внутри катушки образуется сильное магнитное поле.
Вложим в середину катушки стальное перо и вынем его оттуда: оно сильно намагнитится и будет притягивать другие перья и кусочки железа.
Возьмите большой школьный магнит в виде бруска и поместите над ним маленький компас: как бы вы ни поворачивали коробку компаса, стрелка его всегда будет располагаться вдоль магнита.
Стальной намагниченный шарик помещают в середину картонного листа и посыпают железными опилками; опилки располагаются по линиям направления магнитного поля вокруг шарика.
Но отставьте этот магнит в сторону, чтобы его действие на стрелку стало нечувствительным: как бы вы ни поворачивали после того коробку компаса, стрелка устанавливается в одном направлении: север — юг. Отсюда следует сделать вывод, что Земля тоже является большим магнитом.
Магнитное поле невидимо, но в его существовании можно легко убедиться. Накройте магнит листом плотной бумаги и насыпьте на него очень мелкие железные или стальные опилки. Они намагнитятся и вытянутся цепочками вдоль невидимых линий магнитного поля. В этом же направлении установится и стрелка компаса.
Магнитное поле земли
Земля, как магнит, имеет вокруг себя магнитное поле, которое действует на стрелку компаса. Примерное расположение магнитного поля Земли можно проследить на следующем опыте. Возьмите стальной шарик из шарикоподшипника и намагнитьте его.
Как намагнитить стальной шарик? Надо взять небольшой электромагнит из набора по электротехнике или собрать его из отдельных частей. Для этого нужно иметь П-образно согнутый железный стержень диаметром 12-15 мм, две катушки изолированной проволоки и наконечники из квадратного железа. Между этими наконечниками помещается, как показано на рисунке, стальной шарик от шарикоподшипника диаметром 2-3 см. Необходимо отметить концы диаметра, которыми он будет соприкасаться с наконечниками электромагнита при намагничивании; на этих концах будут полюсы намагниченного шарика.
После намагничивания поместите шарик в отверстие, сделанное в середине картонного листа, так чтобы шарик углубился в него наполовину, а полюсы шарика совпали бы с плоскостью картона.
На лист с шариком насыпьте мелкие стальные или железные опилки через ситечко или из марлевого мешочка. Опилки расположатся вокруг шарика по линиям его магнитного поля. Так же примерно располагаются линии магнитного поля и вокруг земного шара.
Магнитное склонение. Магнитные полюсы
Свойства магнитного поля, образующегося вокруг земного шара, используются людьми для определения направления па Земле при помощи компаса.
| Вверху: стрелка компаса, положенного на магнит, всегда ориентируется по направлению полюсов магнита, как бы ни поворачивали коробку компаса. Внизу: Земля представляет собой большой магнит, на поверхности которого стрелка компаса ориентируется также по направлению к магнитным полюсам. |
Вверху: стрелка компаса, положенного на магнит, всегда ориентируется по направлению полюсов магнита, как бы ни поворачивали коробку компаса. Внизу: Земля представляет собой большой магнит, на поверхности которого стрелка компаса ориентируется также по направлению к магнитным полюсам.
Компас был известен в Китае около двух тысяч лет назад. В Европе им пользуются около тысячи лет. Уже Колумб во время путешествия в Америку обнаружил, что стрелка компаса показывает северное направление не совсем точно. Впоследствии установили: происходит это оттого, что магнитные полюсы Земного шара не совпадают с географическими. Магнитный полюс в Северном полушарии расположен на широте около 72°, вблизи берегов Северной Америки.
Конец стрелки компаса, показывающий на север, мы называем северным; следовательно, магнитный полюс в Северном полушарии Земли является, по существу, южным, так как только разноименные полюсы магнитов притягиваются. А в Южном полушарии, тоже в стороне от географического Южного полюса, расположен северный магнитный полюс. К нему направлен южный конец стрелки компаса.
Наблюдения за положением магнитных полюсов Земли показывают, что со временем магнитные полюсы смещаются, очень медленно изменяя свое положение.
Координаты магнитных полюсов для 1950 г. были: магнитный полюс на севере — широта 72°, западная долгота 96°; магнитный полюс на юге — широта 70°, восточная долгота 150°.
Ввиду того что географический и магнитный полюсы расположены в разных местах, направление стрелки компаса на магнитный полюс не совпадает с направлением географического меридиана. Между этими двумя направлениями образуется угол, который называется магнитным склонением. Каждое место поверхности Земли имеет свой угол склонения.
В районе Москвы склонение имеет величину около 7° к востоку; в Ленинграде — около 4°, также к востоку; в Якутске — около 17° к западу; во Владивостоке— около 9°, также к западу. Это значит, что для определения при помощи компаса направления географического меридиана, проходящего через Москву, нужно взять направление на 7° влево от северного конца стрелки компаса, а для Владивостока направление географического меридиана надо определить по направлению вправо на 9° от северного конца компасной стрелки.
Зная склонение магнитной стрелки в данном месте земного шара, мы всегда можем найти и направление меридиана места. Если к тому же нам известна широта данного места, то мы можем определить географические координаты, или местоположение, данного пункта. Поэтому уже давно стали составлять магнитные карты, на которых проведены линии, соединяющие все точки поверхности, имеющие одно и то же склонение. Такая карта дает возможность определять положение корабля в море или самолета в воздухе. Для этого штурман должен точно знать географические координаты места, из которого корабль отправляется в плавание. Когда корабль пройдет известное расстояние по курсу, штурман может сверить с компасом карту магнитного склонения и точно определить географические координаты корабля в данный момент.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
5.1. Магнитная индукция
Магнитная стрелка в каждой точке поверхности Земли (при отсутствии помех) принимает строго определенное направление: одним концом она приблизительно указывает в направлении геофизического севера, а другим — на юг. Конец магнитной стрелки, который указывает на север, условно называется северным (N), а противоположный — южным (S) (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Поведение магнитной стрелки в магнитном поле Земли
Если в некоторой области пространства на магнитную стрелку действуют силы, стремящиеся установить ее в определенном направлении, то мы говорим, что там имеется магнитное поле. Поведение стрелки компаса в магнитном поле (Земли или любого другого источника) позволяет ввести линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) по аналогии с силовыми линиями электрического поля. В каком-то смысле это даже легче: стрелка сама указывает направление силовой линии в точке, где она находится. Основной cиловой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В. направленный по касательной к силовой линии, проходящей через данную точку. В различных точках поля индукция по величине и направлению имеет различные значения.
На рис. 5.2 демонстрируется ориентация магнитной стрелки, которая может вращаться вокруг горизонтальной и вертикальной осей, вдоль вектора индукции магнитного поля Земли, наклоненного под некоторым углом к горизонту.
Рис. 5.2. Ориентация магнитной стрелки в магнитном поле Земли
На рис. 5.3 показано, что катушка с током в магнитном поле земли ведет себя аналогично магнитной стрелке. Ось длинной катушки с током, подвешенной на тонкой нити в горизонтальном положении, ориентируется вдоль горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции магнитного поля Земли, то есть в направлении север-юг, как и обычная магнитная стрелка.
Рис. 5.3. Ориентация длинной катушки с током в магнитном поле Земли
Линии магнитной индукции, в отличие от линий электростатического поля, всегда замкнуты. Если говорить о магнитном поле постоянных магнитов, то принято считать, что линии выходят из северного полюса магнита, входят в южный и замыкаются внутри магнита (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Силовые линии постоянного магнита
На основании опыта установлено, что разноименные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются. В этом смысле взаимодействие магнитов похоже на взаимодействие заряженных тел. Поведение стрелки компаса означает, что существует земной магнетизм, подобно тому, как существует гравитационное поле Земли, обусловленное ее массой. Поскольку обращаемый к северу конец стрелки назвали северным полюсом, а притягиваются разноименные полюса, то вблизи северного географического полюса Земли находится южный магнитный. Иными словами, магнитное поле Земли имеет направление с юга на север (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Магнитное поле Земли: северный магнитный полюс N находится вблизи южного географического
Показаны радиационные пояса Земли — внутренний (протонный) и внешний (электронный), —
где благодаря магнитному полю задерживаются заряженные частицы космических лучей
Электростатическое поле Е порождается электрическими зарядами и воздействует на них, что символически изобразим как
Два полюса магнита наводят на мысль о симметричном соотношении
Оказалось, однако, что симметрия между магнитными и электрическими явлениями не столь прямолинейна. Если отдельные тела можно зарядить либо только положительно, либо только отрицательно, поскольку существуют элементарные заряженные частицы — носители электрических зарядов разных видов, — то отделить один из магнитных полюсов от противоположного невозможно. Если разрезать на две части магнит, то каждая часть будет снова вести себя как самостоятельный магнит, имеющий на своих концах противоположные полюсы (рис. 5.6).
Рис. 5.6. При попытке разделить магнит на два разноименных магнитных заряда (монополя)
оказывается, что каждая из частей по-прежнему обладает двумя полюсами
Что произойдет, если при делении дойти до того, что разбить магнит на отдельные атомы? Можно ли тогда отделить северный полюс от южного? Нет, даже отдельные атомы ведут себя как микроскопические, но тем не менее «полноценные» магниты с северным и южным полюсами. Оказывается, что даже отдельные элементарные частицы (например, электроны) представляют собой микромагниты. В настоящее время отсутствуют какие-либо экспериментальные доказательства того, что в природе могут существовать отдельные магнитные заряды (монополи), подобные электрическим. Оказалось, что магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и, в свою очередь, оказывает воздействие на них, так что наша схема принимает вид
В быту мы обычно имеем дело с малыми электрическими зарядами. В то же время заряд, протекающий через поперечное сечение проводника даже при небольшом токе, велик из-за огромной концентрации электронов в металле. Поэтому неудивительно, что первые экспериментальные наблюдения связи электрических и магнитных явлений были реализованы по схеме
Если понимать под стрелками в (5.2) экспериментальное подтверждение указанной связи, то первую из них (порождение магнитного поля током) провел датский ученый Г.X. Эрстед.
В 1820 г. Эрстедом было экспериментально установлено, что проводники, по которым текут токи, также взаимодействуют с магнитной стрелкой. Схема опыта Эрстеда показана на рис. 5.7. Около неподвижного провода, расположенного вдоль меридиана, располагается магнитная стрелка, которая при выключенном токе располагается параллельно проводу. При включении тока магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться перпендикулярно проводу.
Рис. 5.7. Опыт Эрстеда:
1 — схема опыта; 2 — положение стрелки при выключенном токе; 3 — положение стрелки при включенном токе
Положение магнитной стрелки, помещенной около проводника с током, изменяется с изменением направления тока, но стрелка совершенно не реагирует на неподвижные электрические заряды. Отсюда можно сделать вывод, что способностью создавать магнитное поле обладают лишь движущиеся электрические заряды (электрический ток), а вокруг неподвижных зарядов существует только электростатическое поле. Магнитное поле, возникающее в пространстве около проводников с током, как и электрическое поле, обусловленное неподвижными зарядами, является одним из видов материи. Как мы вскоре увидим, оно обладает определенными физическими свойствами и характеризуется энергией.
Магнитная стрелка
Устройство, представляющее из себя свободно установленный на вертикальной подставке (иголке) горизонтальный магнит.
Линия, соединяющая полюса магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки. Такая магнитная стрелка есть в любом механическом компасе – приборе для ориентирования на местности. В 1820 г. датский физик X. К. Эрстед заметил, что магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника с током, отклоняется от первоначального состояния. Исследования показали, что стрелка возвращается и пытается разместиться так, чтобы ее ось была перпендикулярна к проводнику:
С изменением направления тока направление вращения магнитной стрелки меняется.
Открытие X. К. Эрстеда имело принципиальное значение для развития науки. Оно показало существование существенных связей между электрическими и магнитными явлениями, вихревого магнитного поля и пондеромоторных сил, отличных от центральных сил притяжения и отталкивания.
Измерение напряженности магнитного поля
Магнитная стрелка, подвешена на упругой нити или связанная со спиральной пружинкой и проградуированной шкалой отсчета является самым распространенным и простым прибором для измерения напряженности магнитного поля.
Измеренный в этом положении стрелки крутящий момент имеет максимальное значение:
И наоборот, приготовив стрелку с определенным магнитным моментом (эталонную стрелку) и измерив крутящий момент поля, действующего на эту стрелку, расположенную перпендикулярно к направлению поля, можно найти напряженность магнитного поля.
Определение направления магнитного поля
Что касается направления магнитного поля, то оно также определяется и указывается направлением S N SN S N вдоль свободно ориентированной в поле магнитной стрелки, то есть при незакрученной нити.
Таким образом, с помощью магнитной стрелки можно определить значение и
направление напряженности магнитного поля и не прибегать к отдельным магнитным полюсам, которых в природе не существует.
Конечно, если поле неоднородно, то есть его напряженность меняется от точки к точке, нужно применить достаточно короткую стрелку, иначе невозможно указать, какому месту поля соответствует измерение. Если стрелка короткая, то на всем ее протяжении поле можно считать однородным.
Из изложенного выше следует, что для измерения напряженности магнитного поля следует иметь эталонную магнитную стрелку, то есть стрелку с известным магнитным моментом (подобно тому, как для измерения напряженности электрического поля надо иметь эталонный электрический
заряд, а для измерения напряженности гравитационного поля – эталонную массу).
На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!