От чего зависит величина магнитного действия электромагнита
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Действие магнитного поля на проводник с током
На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, величина которой зависит от абсолютной величины тока, длины проводника и величины магнитной индукции. Чему равна величина этой силы и как определить направление силы, действующей на проводник, если известны направления тока и магнитной индукции? Попробуем найти ответы на эти вопросы.
Магнитное взаимодействие
Французский физик Андре-Мари Ампер в 1820 г. обнаружил, что два проводника, по которым пропущен электрический ток, расположенные параллельно друг другу, притягиваются, если направления токов совпадают, и отталкиваются, если токи направлены в разные стороны. Ампер назвал этот эффект электродинамическим взаимодействием.
Рис. 1. Опыт Ампера по взаимодействию токов в параллельных проводниках.
Для объяснения этого явления Ампер ввел понятие магнитного поля, которое возникает вокруг любого движущегося электрического заряда. Магнитное поле непрерывно в пространстве и проявляет себя, оказывая силовое воздействие на другие движущиеся электрические заряды.
Предшественники Ампера пытались построить теорию магнитного поля по аналогии с электрическим полем с помощью магнитных зарядов с разными знаками (северным N и южным S). Однако, эксперименты показали, что отдельных магнитных зарядов в природе не существует. Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов.
Сила магнитного взаимодействия
Сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля, была названа в честь первооткрывателя — силой Ампера. Эксперименты показали, что модуль силы Ампера F пропорционален длине проводника L и зависит от пространственного положения проводника в магнитном поле.
Для количественного описания действия магнитного поля на проводник с током была введена величина, названная магнитной индукцией B. Тогда сила Ампера будет равна:
где I — сила тока. Эта формула справедлива при вычислении модуля максимального значения силы Ампера, действующей на прямолинейный проводник в магнитном поле, вектор магнитного поля B направлен под 90 0 к вектору тока I.
Правило левой руки
Для определения направления вектора силы Ампера применяется “правило левой руки”.
Рис. 2. Правило левой руки для определения направления силы Ампера.
Левая рука располагается так, чтобы пальцы ладони (все кроме большого) указывали направление тока в проводнике. Затем плоскость ладони устанавливается перпендикулярно плоскости, в которой находятся проводник с током и вектор магнитной индукции B. Вектор B должен входить в ладонь. Тогда большой палец левой руки, развернутый под прямым углом, укажет направление силы Ампера.
Единица измерения индукции
Единица индукции в системе СИ определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока действует сила Ампера величиной 1 Н. Единица называется тесла (Тл).
Единица индукции названа в честь выдающегося сербского инженера, физика Николы Тесла (1856-1943 г.г.). Тесла изобрел электромеханические генераторы, высокочастотный трансформатор. Исследовал свойства токов высокой частоты, изобрел многофазный электродвигатель и системы передачи электроэнергии с помощью переменного тока. Тесла сформулировал основные принципы радиосвязи, изобрел мачтовую антенну для приемки и передачи радиосигналов.
Рис. 3. Портрет Никола Тесла.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. В статье рассказано кратко о действии магнитного поля на проводник с током. Дано определение понятия магнитной индукции. Приведены формулы для вычисления силы Ампера. Для определения направления силы Ампера дано описание “правила левой руки”.
От чего зависит сила магнитного поля: разные методы и факты
В этой статье мы собираемся обсудить, что создает силу магнитного поля, и различные факторы, ответственные за его формирование.
Что создает силу магнитного поля, так это то, что магнитный поток проходит через единицу длины проводника и увеличивается с увеличением плотности потока на единицу длины.
Магнитное поле и его интенсивность
Давайте теперь посмотрим различные методы и некоторые факты о магнитном поле.
Прежде всего, вы все знаете, как был открыт магнит?
Пастух по имени Магнас, живший в Греции, имел обыкновение носить с собой палку, чтобы управлять стадом овец и коз, под которым было железо, которое прилипало к скале. Камень представлял собой природный магнит, богатый железом (содержанием Fe), называемый магнетитом. Следовательно, открытие магнита произошло в Греции, и теперь это место называется Магнезия, название, основанное на открытии магнита.
Как напряженность магнитного поля Земли больше всего на Северном полюсе и Южном полюсе, магнит всегда выровнен в направлении север-юг и, следовательно, используется для определения направления морскими предприятиями. В частности, большинство геологов используют клинометры для измерения угла возвышения горных пород.
Что создает силу магнитного поля
Напряжённость магнитного поля – это сила необходима для создания плотности потока в материале на единицу длины материала и представлена как:
Где B — плотность магнитного потока,
M — намагниченность и
м — магнитная проницаемость.
Магнитная сила зависит от общих силовых линий магнитного поля, которые пронизывают всю площадь поперечного сечения материала. Эти силовые линии магнитного поля известны как магнитный поток, и плотность магнитного потока напрямую связана с силой поля. Плотность магнитного потока в первую очередь зависит от количества электронных спинов или дипольного момента в материале.
В атоме электроны находятся в паре с электронами с противоположным спином, и это обычно встречается в случае элементов из благородных газов, которые имеют полную внешнюю валентную оболочку, и все электроны спарены друг с другом; примером таких элементов являются гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Электронная конфигурация;
Изображение Кредиты: Allencany1983
Атомы, у которых есть неспаренные электроны, соединяются с электронами другого атома, чтобы завершить свою внешнюю оболочку и стать стабильным элементом. Эти атомы с неспаренные электроны создают магнитное поле. Непарный электрон вращается вокруг ядер атома, и движение свободных электронов влияет на возникновение магнитного поля. По мере увеличения количества доступных свободных электронов магнитные эффекты, наблюдаемые в материале, также будут усиливаться.
При пропускании тока через любой проводник происходит движение электронов, вызывающее электромагнитная сила. Предположим, вы возьмете провод с током и поместите рядом с ним магнитную стрелку, тогда вы определите отклонение магнитной стрелки. Это связано с тем, что движущиеся электроны в проводнике с током создают магнитное поле в направлении, противоположном движению электронов. Отклонение магнитной стрелки под влиянием магнитного поля и направления создаваемого поля; кредиты изображений: лучшее обучение
Согласно правилу большого пальца правой руки, если ток движется с юга на север, то магнитное поле будет направлено по часовой стрелке, а магнитная сила будет действовать в западном направлении. Если мы переместим магнитная стрелка вдали от провода с током тот же эффект будет уменьшаться по мере увеличения расстояния между проводом и магнитной стрелкой. Отсюда мы можем отметить, что напряженность магнитного поля уменьшается с расстоянием.
Напряженность магнитного поля также зависит от собственного магнитного момента частицы. Магнитный момент — это величина, определяющая крутящий момент, испытываемый диполями в присутствии внешнего магнитного поля.
В отсутствие магнитного поля магнитные моменты ориентированы случайным образом, и суммарная намагниченность не создается; при приложении магнитного поля эти атомные моменты ориентируются в направлении приложенного поля, что приводит к суммарной намагниченности, параллельной приложенному полю. Следовательно, намагниченность зависит от плотности магнитного момента в материале, движения электронов в атомах и спина электрона или ядер и определяется как магнитный момент на единицу объема твердого тела.
Сила магнитного поля также зависит от магнитный момент, установленный на единицу объема материала в присутствии внешнего поля, известен как магнитная восприимчивость.
На основании этого свойства материалы делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Известно, что ферромагнитный материал обладает высокой магнитной восприимчивостью, поскольку он показывает высокие магнитные свойства и сохраняет свои магнитные свойства даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Железо, никель, кобальт — некоторые из ферромагнитных материалов.
Движущиеся электроны в магнитном поле испытывают силу, перпендикулярную их собственной скорости, а магнитная сила B представлена как:
Где q — заряд
v — скорость заряда
B — магнитное поле
Свойство материала отражать проходящий через него магнитный поток называется магнитной проницаемостью. Считается, что материал имеет высокую проницаемость, если через него проходит максимальный магнитный поток.
СИ Единица напряженности магнитного поля
Плотность магнитного потока измеряется как поток на единицу площади, равный Веберу / м 2 что равно одной тесле. Или мы можем сказать, что он измеряется в терминах силы, необходимой для индукции магнитного потока на единицу длины в метрах на единицу ампер и выражается как Н / Ам.
Единица измерения магнитной восприимчивости в системе СИ выражается как Ньютон на квадратный ампер N / A. 2 а намагниченность выражается в Амперах на метр А / м. Подставляя это в уравнение (1), мы получаем:
Исходя из этого, мы получаем в системе СИ единицу напряженности магнитного поля в амперах на метр. В CGS это Эрстед, названный в честь датского ученого Ганса Христиана Эрстеда, который первым обнаружил связь между электричеством и магнетизмом.
Напряженность магнитного поля измеряется с помощью магнитометра. Индукционный магнитометр, магнитометр с вращающейся катушкой, магнитометр на эффекте Холла, ЯМР-магнитометр, феррозондовый магнитометр — вот некоторые примеры магнитометров.
Эффект Холла — это метод, используемый для определения плотности носителя и типов носителей. Когда магнитное поле прикладывается перпендикулярно проводнику, в проводнике возникает напряжение, перпендикулярное магнитному полю, а также току.
Gouy Balance — это традиционный метод определения магнитной восприимчивости материала, основанный на идее гравитации.
Часто задаваемый вопросs
Как рассчитать напряженность магнитного поля в соленоиде длиной 5 м, имеющем 2000 петель, по которым протекает ток 2000 А?
Сначала узнайте количество петель на единицу длины проволоки.
Количество петель на единицу длины
=Количество петель/длина проволоки
Зависит ли напряженность магнитного поля от размера проводника?
Да, по закону Био – Савара магнитное поле зависит от единицы длины проводника. Чем больше размер проводника, тем интегральное значение бесконечно малой длины будет больше, а значит, и напряженность магнитного поля будет выше.
Если ток, протекающий в двух разных цепях, составляет 1 А и 12 А, тогда в какой цепи магнитная сила будет выше, чем в другой?
Магнитная сила будет выше для цепи с током 12А.
Что такое сверхпроводящий магнитный материал?
Сверхпроводящий магнит используется для создания сильного магнитного поля.
Сверхпроводящий магнитный материал — это электромагнит, состоящий из катушки из сверхпроводящего провода, изготовленной при низких температурах. В сверхпроводящем состоянии провод не имеет сопротивления и проводит гораздо более высокий электрический ток.
Урок по теме: » Электромагниты и их применение»
— воспитательная: воспитывать культуру речи, формировать коммуникативную культуру учащихся, взаимопомощь.
Тип урока: изучение нового материала.
Вид урока: урок — исследование
Оборудование: интерактивная доска, физическое оборудование по теме «Электромагнит».
Формы работы: беседа-диспут, проблемно-поисковая, исследовательская, групповая.
Межпредметные связи: физика – история (исторические сведения).
Ход урока
1. Организационный момент.
— Здравствуйте ребята. Надеюсь, мы с вами сегодня хорошо поработаем. (сл. 1)
2. Актуализация знаний
— Перед вами три ящика. В одном магнит, в другом гвоздь, в третьем деревянный брусок. Предложите способы, как не открывая крышки, можно определить какие предметы где лежат. ( с помощью магнита, компаса, проводника с током) (сл. 2)
— Почему проводник с током поможет найти? (вокруг проводника стоком существует магнитное поле)
— Как можно усилить магнитное поле проводника с током? (свернуть в форме винтовой спирали в катушку)
Как называют такую катушку? (соленоид) И мы знаем, что такой объект – катушка, по которой протекает электрический ток, выполняет функцию постоянного магнита. У такой катушки есть южный и северный полюс.
3. Изучение нового материала
— Как вы думаете можно ли изменить магнитное действие катушки с током? Ваши предположения, гипотезы. (запись на доске) (сл. 4)
· Увеличить число витков
· Увеличить силу тока
· Изменить материал проводника
· Вставить металлический сердечник
— Можно ли проверить наши предположения? (Да, эспериментально)
— Какая задача стоит перед нами сегодня на уроке? ( узнать от чего зависит магнитное действие катушки с током )
-Сейчас вы – будете искателями информации и вам необходимо пользуясь учебником, выясните от чего зависит магнитное действие катушки с током.
— Запишем дату. Тему урока «Электромагниты и их применение». Запишите выводы.
Зависимость магнитного действия катушки с током от силы тока.
Зависимость магнитного действия катушки с током от числа витков.
Зависимость магнитного действия катушки с током от наличия сердечника.
После нахождения информации отчитывается о проделанной работе. (сл. 7)
— Магнитное действие катушки с током зависит от:
1) силы тока;
2) числа витков;
3) сердечника внутри катушки.
Такие же исследования в свое время: в 1825 и 1828 года сделали английский изобретатель У.Стерджен и американский ученый Д.Генри. А катушку с железным сердечником внутри называют электромагнитом. В 19 веке к этому открытию относились как к достаточно важному, очень интересному открытию.
Электромагнит состоит из катушки и сердечника внутри. (показать электромагнит)
3. Закрепление.
Решение качественных задач
При переносе груза электромагнитным краном бывает так, что груз не отрывается от сердечника при выключении тока. Крановщик в таком случае пускает по обмотке электромагнита ток обратного направления и груз сразу падает. Объясните явление.
(Если изменить направление электрического тока, направление магнитных линий изменится на противоположное, полюса катушки поменяются и магнит оттолкнет груз)
. Можно ли намотанную на гвоздь проволоку считать электромагнитом?
(Да)
6. По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в два раза.
Как изменились магнитные свойства электромагнита?
(Уменьшились в два раза)
Применение электромагнитов.
— необходимость перетащить массивные железные, стальные детали. Очень удобно в изготовлении взять электромагниты нужной формы, ведь мы можем любую форму придать такой катушке. Соответственно, мы можем достаточно легко регулировать магнитное поле, подъемную силу электромагнита и тем самым, соответственно, можем перетаскивать различные железные, стальные детали.
— Сортировка магнитных и немагнитных веществ, например, сепаратор.
— глазной электромагнит. электромагнит с сердечником специальной формы, предназначенный для извлечения магнитных инородных тел из глаза и окружающих его тканей.
— реле. Давайте отметим, что это такое. Мы можем сказать о том, что электромагнит может замыкать и размыкать электрическую цепь. Поставить электромагнит, который будет при включении замыкать более сложную, более опасную, может быть, электрическую цепь. Туда, куда, может быть, человеку не стоит заходить или подходить. Такие среды, опасные для человека, можно изолировать при помощи электромагнита.
— электромагнитный замок. Когда на двери стоит электромагнитный замок и сила его магнитная столь высока, что дверь открыть практически невозможно. Только в случае, если мы знаем определенный способ разомкнуть цепь, т.е. отключить электрический ток и тогда магнитная сила пропадет, дверь можно будет спокойно открыть
4. Итог урока
— О чем мы сегодня говорили?
Тест на проверку усвоения знаний учащихся.
5. Рефлексия.
6. Домашнее задание а
б) создать электромагнит в домашних условиях
в) сделать сообщение или презентацию на тему: «Применение электромагнитов».