МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Исторические сведения Согласно одним оценкам, магнетит или магнитный железняк впервые был открыт в Китае за четыре тысячи лет до н. э. - презентация

1 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

2 Исторические сведения Согласно одним оценкам, магнетит или магнитный железняк впервые был открыт в Китае за четыре тысячи лет до н. э. Например, легендарный китайский император Хуан- ди использовал компас во время битвы. Китайские мореплаватели конца второго тысячелетия до н. э. использовали компас для морской навигации. В целом, время его изобретения оценивается между 2637 и 1100 годами до н. э. Компас в виде ложки на гладкой поверхности.

3 Индийский врач Сушрута, живший в VI веке до н. э., применял магниты в хирургических целях.Сушрута Время создания индийского компаса доподлинно неизвестно, но он упоминался уже в VI веке нашей эры в некоторых тамильских книгах по морской навигации под названием «рыбья машина» В военном руководстве, датируемом 1044 годом был описан подобный компас в виде рыбы с головой из намагниченного железа, помещенной плавать в чашу. Исторические сведения

4 Магнетит был хорошо известен древним грекам. Тит Лукреций Кар в своём сочинении «О природе вещей» ( I век до н. э.) писал, что камень, притягивающий железо назывался в Греции магнитом по имени провинции Магнисия в Фессалии. Магнисия Исторические сведения

5 Развитие магнетизма как науки Угол, на который отклоняется магнитная стрелка от направления север юг, называют магнитным склонением. Христофор Колумб установил, что магнитное склонение зависит от географических координат, что послужило толчком к исследованию этого нового свойства магнитного поля Земли. Практически все накопленные к началу XVII века сведения о магнитах подытожили в 1589 году книгой «Естественная магия» Ион Баптиста Порта и в 1600 году Уильям Гильберт своим трудом «De Magnete». Магнитным силам эти учёные приписывали духовное происхождение. Русский учёный М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Первую подробную материалистическую теорию магнетизма составил Р. Декарт. Теорию магнетизма разрабатывали также Ф. У. Т. Эпинус, Ш. Кулон, в 1788 году обобщивший закон Кулона на случай взаимодействия точечных полюсов магнита, А. Бургманс, которому принадлежит открытие притяжения и отталкивания слабомагнитных веществ (названных М. Фарадеем в 1845 году диа- и парамагнетиками), и другие учёные.

6 Опыт Эрстеда Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Ханса Эрстеда. +видео

7 Опыт Ампера В 1820 году французский физик Андре Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов. Проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.

8 Магнитное поле Источниками магнитного поля Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

9 Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Магнитное поле

10 Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи). Магнитное поле Индикаторы магнитного поля: Магнитная стрелка Рамка с током

11 Характеристики магнитного поля Силовой характеристика магнитного поля ( аналогично вектору напряженности электрического поля ) является вектор магнитной индукции В, который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

12 За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующийся в магнитном поле. С помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора и наглядно представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной.

13 Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми.

14 Направление силовых линий магнитного поля определяется с помощью мнемонических правил: -Правило буравчика или правило правого винта - Правило правой руки

15 -Правило правой руки для соленоида

16 Вектор магнитной индукции F А ~ IΔl sin α Как показали опыты Ампера, сила, действующая на участок проводника со стороны магнитного поля, пропорциональна силе тока I, длине Δl этого участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции: F А ~ IΔl sin α Эта сила называется силой Ампера. А формула – закон Ампера F А = I BΔl sin α

17

18 Направление силы Ампера Правило левой руки

19 Bзаимодействие параллельных токов

20 Принцип суперпозиции для магнитных полей Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция - векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

21 Единица измерения силы тока в СИ. Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10 –7 Н на каждый метр длины.

22 Сравнительная таблица магнитного и электрического полей

23

24

25 Магнитное поле Земли Земля является большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров. Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени - вековые изменения.

26 1. Участок проводника длиной 10 см находится в магнитном поле. Сила электрического тока, протекающего по проводнику, 10 А. При перемещении проводника на 8 см в направлении действия силы Ампера она совершила работу 4 м Дж. Чему равна индукция магнитного поля? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

27 2. Квадратная рамка со стороной а = 10 см, сделанная из проводника, площадь поперечного сечения которого S=1 мм 2 и удельное сопротивление ρ = 2×10 8 Ом × м, присоединена к источнику постоянного напряжения U = 4 В и помещена в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,1 Тл. Определить максимальный момент сил, действующих на рамку со стороны поля. Решение: 1. Применим правило левой руки и определим направление действия магнитной силы на левую сторону рамки с током, эта сила будет направлена так, как показано на рисунке, а момент этой силы равен 2. Аналогично, применив правило левой руки, определим направление силы ампера на правую сторону рамки с током, а момент этой силы

28 Силы поворачивают рамку против часовой стрелки, и общий момент равен сумме моментов Учтем, что 2l = a сторона рамки, а сила ампера F A = IBa sing, при α = 90° между вектором магнитной индукции и вектором тока в проводнике, сила Ампера имеет максимальное значение, следовательно, момент силы в этом случае максимальный. Ток в рамке определим по закону Ома для участка цепи с учетом формулы сопротивления M = 4 × 0,1 × 1 × 10 6 × 0,1/(4 × 2 × 10 8 ) = 0,5 (Н × м).

29 3. В однородное магнитное поле с индукцией В = 2×10 4 Тл перпендикулярно линиям индукции помещен прямолинейный проводник с током силой I = 50 А. Найти совокупность точек, в которых результирующая магнитная индукция равна нулю. Определить силу, действующую со стороны магнитного поля на отрезок проводника длиной l = 50 см. µ- магнитная проницаемость среды В точке А

30 Совокупность точек, в которых результирующая магнитная индукция равна нулю, расположены на прямой, проходящей через точку А, параллельной проводнику (см. рис.) и отстоящей от него на расстоянии r = 5 × 10 2 м, искомая сила, действующая со стороны магнитного поля на отрезок проводника длиной l = 50 см, равна 5 × 10 3 H.

31 Пусть ток в проводнике направлен на нас. Применим правило правой руки для прямого проводника с током: обхватываем правой рукой проводник с током так, чтобы большой палец был направлен по току, тогда четыре пальца укажут направление линий магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля направлен по касательной в каждой точке линии магнитного поля. По условию задачи требуется найти совокупность точек, в которых результирующая магнитная индукция равна нулю. Давайте рассмотрим три точки: A, C и произвольную точку D, лежащих на окружности (линии магнитного поля) на расстоянии r. Так как вектор магнитной индукции векторная величина, то результат наложения внешнего магнитного поля (B) и магнитного поля проводника с током (B / ) будет зависеть от взаимного расположения этих векторов. В точке С магнитные поля усиливают друг друга и результат будет равен сумме модулей векторов магнитных полей. В точке А магнитные поля противоположны друг другу и, при правильном выборе расстояния r, их результат, равный разности модулей векторов магнитной индукции, может быть равен нулю. В произвольной точке D, результат сложения двух векторов, используя правило параллелограмма, даст нам вектор диагональ параллелограмма, модуль которого определяется по теореме косинусов. Для прямого проводника с током модуль вектора магнитной индукции определяется общим выражением