cart-icon Товаров: 0 Сумма: 0 руб.
г. Нижний Тагил
ул. Карла Маркса, 44
8 (902) 500-55-04

Видеоурок взаимодействие токов магнитное поле – Магнитное поле постояннoго электрического тока. Видеоурок. Физика 11 Класс

Магнитное поле постояннoго электрического тока. Видеоурок. Физика 11 Класс

Каждый из вас держал в руках магнит и знает его удивительное свойство: он на расстоянии взаимодействует с другим магнитом или с куском железа. Что есть такого в магните, что придает ему эти удивительные свойства? Можно ли самому сделать магнит? Можно, и что для этого нужно – вы узнаете из нашего урока. Забежим наперед: если взять простой железный гвоздь, он не будет обладать магнитными свойствами, но, если обмотать его проволокой и подключить ее к батарейке, мы получим магнит (см. рис. 1).

Рис. 1. Гвоздь, обмотанный проволокой и подключенный к батарейке

Оказывается, чтобы получить магнит, нужен электрический ток – движение электрического заряда. С движением электрического заряда связаны и свойства постоянных магнитов, таких как магнитики на холодильнике. Некого магнитного заряда, подобно электрическому, в природе не существует. Он и не нужен, достаточно движущихся электрических зарядов.

Прежде чем исследовать магнитное поле постоянного электрического тока, нужно договориться, как количественно описывать магнитное поле. Для количественного описания магнитных явлений необходимо ввести силовую характеристику магнитного поля. Векторная величина, количественно характеризующая магнитное поле, называется магнитной индукцией. Обозначается она обычно большой латинской буквой B, измеряется в тесла.

Магнитная индукции  – векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Направление магнитного поля определяется по аналогии с моделью электростатики, в которой поле характеризуется действием на пробный покоящийся заряд. Только здесь в качестве «пробного элемента» используется магнитная стрелка (продолговатый постоянный магнит). Такую стрелку вы видели в компасе. За направление магнитного поля в какой-либо точке принято направление, которое укажет северный полюс N магнитной стрелки после переориентации (см. рис. 2).

Рис. 2. Направление магнитного поля

Полную и наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые силовые линии магнитного поля (см. рис. 3).

Рис. 3. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Это линии, показывающие направление вектора магнитной индукции (то есть направления полюса N магнитной стрелки) в каждой точке пространства. С помощью магнитной стрелки, таким образом, можно получить картину силовых линии различных магнитных полей. Вот, например, картина силовых линий магнитного поля постоянного магнита (см. рис. 4).

Рис. 4. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Магнитное поле существует в каждой точке, но линии мы изображаем на некотором расстоянии друг от друга. Это просто способ изображения магнитного поля, аналогично мы поступали с напряженностью электрического поля (см. рис. 5).

Рис. 5. Линии напряженности электрического поля

Чем более плотно нарисованы линии – тем больше модуль магнитной индукции в данной области пространства. Как видите (см. рис. 4), силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. Внутри магнита силовые линии поля также продолжаются. В отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, силовые линии магнитного поля замкнутые (см. рис. 6).

Рис. 6. Силовые линии магнитного поля замкнуты

Поле, силовые линии которого замкнуты, называется вихревым векторным полем. Электростатическое поле не является вихревым, оно потенциальное. Принципиальное различие вихревых и потенциальных полей в том, что работа потенциального поля на любом замкнутом пути равна нулю, для вихревого поля это не так. Земля тоже является огромным магнитом, она обладает магнитным полем, которое мы обнаруживаем с помощью стрелки компаса. Подробнее о магнитном поле Земли рассказано в ответвлении.

Наша планета Земля является большим магнитом, полюса которого находятся неподалеку от пересечения поверхности с осью вращения. Географически это Южный и Северный полюса. Именно поэтому стрелка в компасе, которая тоже является магнитом, взаимодействует с Землей. Она ориентируется таким образом, что один конец указывает на Северный полюс, а другой – на Южный (см. рис. 7).

Рис.7. Стрелка в компасе взаимодействует с Землей

Тот, который указывает на Северный полюс Земли, обозначили N, что означает North – в переводе с английского «Север». А тот, который указывает на Южный полюс Земли – S, что означает South – в переводе с английского «Юг». Так как притягиваются разноименные полюса магнитов, то северный полюс стрелки указывает на Южный магнитный полюс Земли (см. рис. 8).

Рис. 8. Взаимодействие компаса и магнитных полюсов Земли

Получается, что Южный магнитный полюс находится у Северного географического. И наоборот, Северный магнитный находится у Южного географического полюса Земли.

Теперь, познакомившись с моделью магнитного поля, исследуем поле проводника с постоянным током. Еще в XIX веке датский ученый Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником, по которому течет электрический ток (см. рис. 9).

Рис. 9. Взаимодействие магнитной стрелки с проводником

Практика показывает, что в магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке будет устанавливаться по касательной к некоторой окружности. Плоскость этой окружности перпендикулярна проводнику с током, а ее центр лежит на оси проводника (см. рис. 10).

Рис. 10. Расположение магнитной стрелки в магнитном поле прямого проводника

Если изменить направление протекания тока по проводнику, то магнитная стрелка в каждой точке развернется в противоположную сторону (см. рис. 11).

Рис. 11. При изменении направления протекания электрического тока

То есть направление магнитного поля зависит от направления протекания тока по проводнику. Описать эту зависимость можно при помощи простого экспериментально установленного метода – правила буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его ручки совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого этим проводником (см. рис. 12).

Рис.12. Направление магнитного поля

Итак, магнитное поле проводника с током направлено в каждой точке по касательной к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружности совпадает с осью проводника. Направление вектора магнитного поля в каждой точке связано с направлением тока в проводнике правилом буравчика. Опытным путем, при изменении силы тока и расстояния от проводника, установлено, что модуль вектора магнитной индукции пропорционален току  и обратно пропорционален расстоянию от проводника . Модуль вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равен:

где  – коэффициент пропорциональности, который нередко встречается в магнетизме. Называется магнитной проницаемостью вакуума. Численно равен:

 

Для магнитных полей, как и для электрических, справедлив принцип суперпозиции. Магнитные поля, создаваемые разными источниками в одной точке пространства, складываются (см. рис. 13).

Рис. 13. Магнитные поля разных источников складываются

Суммарная силовая характеристика такого поля будет векторной суммой силовых характеристик полей каждого из источников. Величину магнитной индукции поля, создаваемого током в определенной точке, можно увеличить, если согнуть проводник в окружность. Это будет понятно, если рассмотреть магнитные поля небольших сегментов такого витка провода в точке, находящейся внутри этого витка. Например, в центре.

Сегмент, обозначенный , по правилу буравчика создает в ней поле, направленное вверх (см. рис. 14).

Рис. 14. Магнитное поле сегментов

Сегмент

 аналогично создает в этой точке магнитное поле, направленное туда же. Аналогично и для других сегментов. Тогда суммарная силовая характеристика (то есть вектор магнитной индукции B) в этой точке будет суперпозицией силовых характеристик магнитных полей всех малых сегментов в этой и будет направлено вверх (см. рис. 15).

Рис. 15. Суммарная силовая характеристика в центре витка

Для произвольного витка, не обязательно в форме окружности, например для квадратной рамки (см. рис. 16), величина вектора  внутри витка будет, естественно, зависеть от формы, размеров витка и силы тока в нем, но направление вектора магнитной индукции всегда будет определяться таким же способом (как суперпозиция полей, создаваемых малыми сегментами).

Рис. 16. Магнитное поле сегментов квадратной рамки

Мы подробно описали определение направления поля внутри витка, но в общем случае его можно находить гораздо проще, по немного измененному правилу буравчика:

если вращать рукоятку буравчика в том направлении, куда течет ток в витке, то острие буравчика укажет направление вектора магнитной индукции внутри витка

(см. рис. 17).

Рис. 17. Направление вектора магнитной индукции в витке

То есть теперь вращение рукоятки соответствует направлению тока, а перемещение буравчика – направлению поля. А не наоборот, как бы

interneturok.ru

Магнитное поле и взаимодействие токов

Магнитное поле и взаимодействие токов

«Физика - 11 класс»

Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле.
Движущиеся заряды создают вокруг себя электрическое поле и магнитное поле.

Взаимодействие токов

Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, которые можно определить по закону Кулона.
Каждый из зарядов создает свое электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами (например, в проводниках с электрическим током) называют магнитными.
А силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами

.

Если параллельно расположенные проводники соединить так, чтобы в них:

- возникли токи одинакового направления, то проводники начнут притягиваться друг к другу;
- возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга.

Магнитное поле

В пространстве, окружающем движущиеся заряды (или электрические токи) возникает поле, называемое магнитным.

Электрический ток в проводнике создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток в другом проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.

Магнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.


Свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами).
2. магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды).

Замкнутый контур с током в магнитном поле

1. Однородное магнитное поле оказывает на рамку ориентирующее действие.
Если подвесить на гибких проводах плоскую рамку с током между полюсами магнита (т.е. в однородном магнитном поле), то рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не установится перпендикулярно линии, соединяющей полюсы магнита.

2. В неоднородном магнитном поле рамка, кроме поворачивания, будет двигаться поступательно, притягиваясь к проводнику с током или отталкиваясь от него.
Если подвесить рамку с током рядом с проводником тока, то рамка тоже поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки, а кроме того, в зависимости от направления токов в проводнике и рамке, притягиваться или отталкиваться от него.
При изменении направления тока в проводе рамка повернется на 180°.

Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле.
Вокруг любых направленно движущихся зарядов возникает магнитное поле.
Оно также появляется, если в пространстве существует электрическое поле, изменяющееся со временем.

Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток.

Источник: «Физика - 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Магнитное поле и взаимодействие токов --- Магнитная индукция. Линии магнитной индукции --- Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера --- Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель --- Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца --- Магнитные свойства вещества --- Примеры решения задач --- Краткие итоги главы

class-fizika.ru

Действие магнитного поля на проводник с током. Видеоурок. Физика 11 Класс

На прошлом уроке мы выяснили, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, линии которого замкнуты (рис. 1).

Рис. 1. Линии магнитного поля проводника с током

Опытным путем мы установили, что направление линий магнитного поля вокруг проводника напрямую связано с направлением электрического тока в проводнике и для определения этого направления можно использовать или правило правой руки, или «правило буравчика».

Проведя эксперименты, мы увидели, что небольшой виток из проводника, по которому пропущен электрический ток, то есть виток с током, ведет себя в магнитном поле подобно магнитной стрелке. На виток действует вращающий момент сил, который заставляет разворачиваться его таким образом, чтобы линии магнитного поля пронизывали плоскость витка под прямым углом (рис. 2).

Рис. 2. Действие линий магнитного поля на виток

При этом мы выяснили, что такой виток с током можно использовать для анализа силовых свойств магнитного поля, и ввели физическую величину, которая определяет силовые свойства магнитного поля – это индукция. Единица ее измерения – тесла:

 – индукция магнитного поля

Проведя ряд экспериментов, Андре-Мари Ампер выяснил: два прямых параллельных проводника с током притягиваются друг к другу, если по ним протекают однонаправленные токи, то есть токи одного направления (рис. 3).

Рис. 3. Однонаправленные токи

Эти же проводники с током отталкиваются, если по ним протекают токи противоположных направлений (рис. 4).

Рис. 4. Разнонаправленные токи

Анализ проведенных экспериментов позволил Амперу вывести свой знаменитый закон взаимодействия токов: сила взаимодействия двух параллельных проводников с током пропорциональна произведению величин токов в этих проводниках на длину проводников и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками.

Кроме того, мы выяснили, что проводники с током оказывают магнитное действие, а проводник, скрученный в катушку (соленоид), ведет себя подобно постоянному плоскому магниту (рис. 5).

Рис. 5. Соленоид

Определить полярность такого магнита также можно по правилу правой руки (рис. 6): «Если обхватить соленоид ладонью правой руки и направить четыре пальца по направлению тока в нем, то отставленный на 90° большой палец будет указывать направление линий магнитного поля внутри соленоида».

Рис. 6. Определение полярности магнита по правилу правой руки

Теперь ответим на следующий вопрос: почему именно так взаимодействуют параллельные проводники с током? И откуда берется момент сил, заставляющий виток с током разворачиваться между полюсами магнита?

Чтобы исследовать влияние магнитного тока на проводник с током, необходимо проделать ряд опытов. Для этого мы собрали установку: проводник с током, который помещен между полюсами дугообразного магнита, причем магнит расположен таким образом, чтобы линии магнитного поля, создаваемые им, были направлены снизу вверх, то есть от северного полюса магнита к южному (рис. 7).

Рис. 7. Расположение проводника с током между полюсами магнита

Проводник при помощи системы проводов мы подключим к источнику тока так, чтобы при замыкании источника ток в проводнике протекал в направлении данной стрелки (рис. 8).

Рис. 8. Направление тока

Рис. 9. Готовая установка

Посмотрим, что будет, если просто замкнуть цепь (рис. 10).

Рис.10. Проводник отклонился от своего начального положения

Видим, что проводник при пропускании по нему электрического тока отклонился от своего начального положения, как бы втягиваясь внутрь дугообразного магнита. Теперь посмотрим, как будет вести себя проводник, если изменить направление тока в нем (клеммы «+» и «-» на источнике меняем местами) и замкнуть цепь (рис. 11).

Рис. 11. Движение проводника при смене направления тока

Мы видим, что проводник снова отклоняется от своего начального положения, но при этом он как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита.

Итак, мы можем сделать вывод, что магнитное поле на помещенный в него проводник с током действует с некоторой силой. Направление этой силы зависит от направления тока в проводнике. Но возникает вопрос: только ли от направления тока в проводнике она зависит?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий шаг: оставим направление тока таким же, каким оно было в последнем опыте, но изменим направление линий магнитного поля. Расположим магнит таким образом, чтобы линии магнитного поля были направлены сверху вниз (от северного полюса к южному) (рис. 12).

Рис. 12. Линии магнитного поля направлены сверху вниз

Посмотрим, как себя будет вести проводник с током. При замыкании цепи видно, что проводник при том же самом направлении тока в нем теперь втягивается внутрь пространства между полюсами магнита (рис. 13).

Рис. 13. Проводник втягивается внутрь пространства между полюсами магнита

Для завершения опыта снова изменим направление тока в проводнике и замкнем цепь. Видим, что проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита (рис. 14).

Рис. 14. Проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита

Мы видим, что поведение проводника с током, помещенного в магнитное поле, определяется направлением тока в проводнике и расположением полюсов магнита. Следовательно, со стороны магнитного поля на помещенный в это поле проводник с током действует сила, направление которой зависит как от направления электрического тока в проводнике, так и от направления линий магнитного поля. То есть все названные направления тесно взаимосвязаны.

Рис. 15. Направление силы  со стороны магнитного поля зависит от направления электрического тока  в проводнике и от линий магнитного поля

Еще раз запустим ток по проводнику и попробуем связать между собой указанные три направления (рис. 16).

Рис. 16. Проводник снова выталкивается из пространства между полюсами магнита

Видим, что проводник с током снова как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита, линии магнитного поля направлены сверху вниз, ток направлен по стрелке (от учителя). Таким образом, можно сделать вывод о взаимосвязи трех вышеуказанных направлений: все три направления взаимно перпендикулярны.

Такая взаимосвязь направлений характерна для левой руки или, как говорят физики, для левой симметрии. Если левую руку расположить таким образом, что четыре пальца ее показывают направление течения тока в проводнике (от плюса к минусу), при этом кисть развернуть так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый на  палец левой руки покажет направление действия силы (рис. 17). Сформулированное нами правило называется правилом левой руки.

Рис. 17. Правило левой руки

Итак, мы выяснили взаимосвязь между тремя направлениями: направлением тока в проводнике, направлением линий магнитного поля, или вектором магнитной индукции, и направлением силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током. Эти три направления связаны правилом левой руки. Но сила, как векторная величина, кроме направления характеризуется и численным значением.

Рис. 18. Андре Мари Ампер (1775–1836)

От чего же зависит величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током? Проведя серию экспериментов, Ампер (рис. 18) установил, что величина силы, которая действует со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна величине тока, протекающего внутри проводника:

Кроме того, Ампер заметил, что эта же величина силы прямо пропорциональна длине той части проводника, которая находится в магнитном поле:

То есть чем длиннее брать проводник при таком же самом значении тока, тем большая сила со стороны магнитного поля на него действует. Воспользуемся одним математическим правилом: если одна величина пропорциональна двум другим, то она будет пропорциональна их произведению:

То есть величина силы прямо пропорциональна произведению тока на длину части проводника в магнитном поле. Теперь обратим внимание, что размерность силы – ньютон, размерность тока – ампер, размерность длины – метр. Для того чтобы поставить знак равенства между величинами, нам нужно добавить размерность магнитной индукции , следовательно, нужно правую часть умножить на модуль магнитной индукции:

Последнее, что осталось, – это учесть зависимость направления действия силы от взаимного направления тока и вектора магнитной индукции.

Если расположить проводник с током в магнитном поле так, чтобы направление тока совпало с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 19), то при пропускании тока через проводник последний практически не реагирует.

Рис. 19. Направление тока совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля

Если же расположить проводник так, чтобы направление тока было перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, то проводник максимально сильно втягивается в пространство между полюсами магнита (рис. 20).

Рис. 20. Направление тока перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции

Итак, когда угол между двумя направлениями (между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока) равен 0 (рис. 21), то сила действия магнитного поля на проводник с током равна 0.

Рис. 21. Угол между направлениями равен

Когда этот угол равен  (рис. 22), то сила действия магнитного поля на проводник с током максимальна.

Рис. 22. Сила действия магнитного поля на проводник максимальна

Тригонометрическая функция, удовлетворяющая вышеназванным условиям, – это синус угла:

– угол между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции:

Тогда можно сформулировать следующее утверждение: величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, численно равна произведению модуля магнитной индукции на длину элемента проводника, помещенного в магнитное поле, и на величину тока в проводнике, а также пропорциональна синусу угла между направлением тока и направлением вектора магнитной индукции. Направление же силы определяется по правилу левой руки.

Ампер провел много опытов по определению характера действия силы со стороны магнитного поля на проводник с током. Поэтому введенная им в рассмотрение сила действия со стороны магнитного поля на проводник с током по праву носит название силы Ампера. Открытие силы Ампера позволит нам ответить на вышеизложенные вопросы.

Задание. Почему два проводника с током притягиваются, если токи направлены в одну сторону? На рис. 3 обозначено направление токов в проводниках. Линии магнитной индукции первого проводника направлены так, как показано на рис. 23 (можно определить по правилу правой руки или правого винта).

Рис. 23. Направление линий магнитной индукции и силы Ампера

Это магнитное поле действует на второй проводник, возникает сила Ампера. Ее направление можно определить по правилу левой руки.

Задание. Почему виток с током вращается в магнитном поле (рис. 2)? На проводник с током, образующий рамку, в магнитном поле будет действовать сила Ампера. Ее направление можно узнать, применив правило левой руки: если пальцы будут указывать направление тока, а линии магнитной индукции будут входить в ладонь, то получится, что большой палец указывает нам направление действия силы на части рамки. Для правой части рамки сила действует от наблюдателя, а для левой части рамки – к наблюдателю. Под действием этих сил рамка вращается.

 

Список литературы

  1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
  2. Касьянов В.А. Физика 11 кл. учебник для общеобразоват. учреждений. 4-е изд. – М.: Дрофа, 2004.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «kaf-fiz-1586.narod.ru» (Источник)
  2. Интернет- портал объединения учителей физики Санкт-Петербурга (Источник) 
  3. Интернет- портал «sernam.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

  1. Дайте определение силы Ампера.
  2. Сформулируйте правило левой руки. Для чего оно предназначено?

interneturok.ru

«Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции»

Презентация к уроку физики в 11 классе

Тема: «Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции»

Презентация разработана:

учителем физики МАОУ СОШ №2 п.Энергетик,

Долговой В.М. и обучающимися 11 класса

Актуализация знаний

(подготовка к восприятию нового материала)

Вопросы по теме «Электрическое поле»:

  • Что означают выражения «частица обладает электрическим зарядом», «тело обладает электрическим зарядом»?
  • Что такое «электрическое поле»?
  • По каким свойствам можно обнаружить электрическое поле?
  • Как объяснить взаимодействие двух покоящихся точечных зарядов или заряженных тел?
  • По какой формуле рассчитывается сила взаимодействия между точечными зарядами?
  • Какая физическая величина является основной силовой характеристикой электрического поля?
  • Как рассчитывается напряжённость электрического поля?

Повторение по теме «Электрическое поле»

Исторические сведения о развитии учения магнитного поля

  • В 1269 году французский ученый Перегрин отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами».
  • Почти три столетия спустя, Уильям Гильберт Колчестер заявил, что Земля является магнитом. Опубликованная в 1600 году, работа Гилберта  «De Magnete» , заложила основы магнетизма как науки.
  • В 1750 году Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов.
  • Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально проверил это утверждение в 1785 году.
  • Симеон Дени Пуассон в 1824 г. создал первую успешную модель магнитного поля.
  • В 1819 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле вокруг себя.
  • В 1820 году Андре-Мари Ампер показал, что параллельные провода, по которым идёт ток в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу.
  • Жан-Батист Био и Феликс Савар в 1820 году открыли закон, который правильно предсказывал магнитное поле вокруг любого провода, находящегося под напряжением.
  • Расширив эти эксперименты, Ампер издал свою собственную успешную модель магнетизма в 1825 году.
  • В 1850 году лорд Кельвин, различие между двумя

магнитными полями обозначил как поля H и B.

Основные понятия

Магнитными силами называют силы, с которыми проводники с током взаимодействуют друг с другом.

Магнитное поле это особая форма материи, которая существует независимо от нас и обнаруживается с помощью проводников с током или магнитных стрелок.

Свойства магнитного поля:

  • Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.
  • В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).
  • Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тело, следовательно, обладает энергией.
  • Магнитное поле обнаруживается по

действию на магнитную стрелку.

Графическое изображение магнитного поля

Правило буравчика. Правило правой руки.

Вопросы для закрепления темы урока :

  • Какие взаимодействия называются магнитными?
  • Каковы основные свойства магнитного поля?
  • Опишите опыт Эрстеда. Что доказывает опыт Эрстеда?
  • Что называют линиями магнитной индукции?
  • Как направлен вектор магнитной индукции?
  • Что собой представляют линии магнитного поля прямого проводника с током, соленоида?
  • Какое магнитное поле считают однородным? неоднородным?
  • Какие поля называют вихревыми?
  • В чём состоит правило буравчика?
  • Что можно определить по правилу

правой руки?

videouroki.net

«Взаимодействие токов. Магнитное поле, его характеристики». 11-й класс

Разделы: Физика


Цель урока:

  • дать учащимся представление о магнитном поле;
  • сформировать представления учащихся о магнитном поле и его свойствах.

Демонстрации:

1. Опыт Эрстеда, движения проводника с током в магнитном поле;
2. Силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

Оборудование:

  • источник питания;
  • ключ;
  • переменный резистор;
  • амперметр;
  • катушка на подставке;
  • компас;
  • соединительные провода.

ХОД УРОКА

I. Актуализация знаний

  1. Знакомство с учениками, с классом.
  2. Знакомство с учебником, правилами и требованиями учителя.
  3. Запись учениками школьных принадлежностей для урока физики.

а) учебник;
б) тетрадь 48 л.;
в) тетрадь для лабораторных и практических работ – 12-18 л.;
г) тетрадь для контрольных работ – 12-18 л.;
д) микрокалькулятор
е) линейка, карандаш, ластик, треугольник, транспортир, ручка (синяя и чёрная).

II. Правила техники безопасности в кабинете физики и на уроках физики, при выполнении демонстраций, практических и лабораторных работ.

а) ИОТ – 6;
б) ИОТ – 7;
в) ИОТ – 8;
г) журнал по технике безопасности на уроках физики (роспись учащихся об ознакомлении с правилами по ТБ).

 III. Изучение нового материала.

Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле. Движущиеся заряды создают магнитное поле.
Вокруг любого магнита существует магнитное поле.
В 1820 году Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током (демонстрация опыта Эрстеда).
В 1820 году Ампер предложил, что «магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел».

Свойства магнитного поля.

1. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

  • В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).
  • Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тело, следовательно обладает энергией.
  • Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Опыт Ампера

Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие проводники укрепляются вертикально, затем присоединяем их к источнику тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного направления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Изобретение компаса

В 12 веке в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление частей света.
Применение (12 в.) в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.
Магнит имеет два полюса: северный и южный, одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Эксперимент 1

Расположим перед катушкой компас. Замкнём цепь и будем наблюдать за поведением компаса.
Вывод: вокруг проводника с током существует (возникает) магнитное поле.

Эксперимент 2

Расположим перед катушкой компас так, чтобы расстояние между ними было около 12 см. замкнём электрическую цепь. В данном случае отклонения стрелки не наблюдается. При приближении катушки к компасу на расстоянии 8 см, наблюдается отклонение стрелки (300). Уменьшая расстояние, видим увеличение угла отклонения стрелки. Чем дальше от проводника с током, тем слабее магнитное поле.

Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направление вектора магнитной индукции.
Линии магнитной индукции не пересекаются. При изображении магнитного поля с помощью линий магнитной индукции эти линии наносятся так, чтобы их густота в любом месте поля была пропорциональна значению модуля магнитной индукции.
Характерной особенностью линий магнитной индукции является их замкнутость. Магнитное поле   вихревое.

Правило правого винта: Если вы когда-нибудь закручивали винт или шуруп, то вы наверняка знаете, в какую сторону он закручивается, а в какую выкручивается. Люди унифицировали направление закручивая винтов и шурупов. Это значит, что все шурупы и винты во всем мире закручиваются в одну сторону. То есть, если вы купите некий прибор в другой стране, то в случае его ремонта или сборки вам не потребуются винты с нарезкой в иную сторону, такие, каких не купишь в вашей стране. Нарезка всех винтов в мире совпадает. Это правило нарушают лишь в некоторых особых случаях, когда от нарезки зависит вращение некой части устройства. Но для таких случаев делают специальные детали. Это простое, но гениальное решение избавило от множества потенциальных проблем.

«Правило буравчика», направление тока и линий его магнитного поля

Оказывается, что это правило применимо не только в механике к закручиванию винтов. Если мы имеем проводник с током, то это правило помогает нам определить направление линий магнитного поля, образованного этим током. Только это правило в данном случае носит название «правила буравчика». Правило буравчика звучит следующим образом:
Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
Буравчик это винт или шуруп, который мы ввинчиваем. Направление ручки буравчика это направление вращения нашей руки. Если ток движется от нас, то и шуруп движется от нас, то есть мы его ввинчиваем, так как мы условились считать их направления совпадающими.
Тогда направление вращения нашей руки в процессе ввинчивания это направление магнитных линий. Они будут направлены по часовой стрелке.
В случае противоположного направления электрического тока, линии магнитного поля будут направлены, соответственно, против часовой стрелки. Таким же было бы направление руки в процессе выкручивая винта или направление ручки буравчика в случае его движения к нам.
А как определить направление тока, если мы знаем направление магнитных линий? Очень просто. По тому же правилу. Только изначально бы берем за известный факт не направление движения буравчика, а направление вращения его ручки.

Правило правой руки

В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, картина будет более сложной. Поэтому для простого нахождения направления линий магнитного поля в таком случае существует правило правой руки. Оно гласит:

Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Открытие электромагнетизма:

В XVIII в. электричество и магнетизм считались хотя и похожими, но все же имеющими различную природу явлениями. Правда, были известны некоторые факты, указывающие на существование как будто бы связи между магнетизмом и электричеством, например намагничение железных предметов в результате ударов молнии. Больше того, Франклину удалось как будто бы намагнитить кусок железа с помощью разряда лейденской банки. Все-таки известные факты не позволяли уверенно утверждать, что между электрическими и магнитными явлениями существует связь.

Такую связь впервые обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 г. Он открыл действие электрического тока на магнитную стрелку.

Интересна история этого открытия. Идею о связи между электрическими и магнитными явлениями Эрстед высказал еще в первом десятилетии XIX в. Он полагал, что в явлениях природы, несмотря на все их многообразие, имеется единство, что все они связаны между собой.

Руководствуясь этой идеей, он поставил перед собой задачу выяснить на опыте, в чем эта связь проявляется.

Эрстед открыл, что если над проводником, направленным вдоль земного меридиана, поместить магнитную стрелку, которая показывает на север, и по проводнику пропустить электрический ток, то стрелка отклоняется на некоторый угол.

После того как Эрстед опубликовал свое открытие, многие физики занялись исследованием этого нового явления. Французские ученые Био и Савар постарались установить закон действия тока на магнитную стрелку, т. е. определить, как и от чего зависит сила, действующая на магнитную стрелку, когда она помещена около электрического тока. Они установили, что сила, действующая на магнитный полюс (на конец длинного магнита) со стороны прямолинейного проводника с током, направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию от полюса до проводника и модуль ее обратно пропорционален этому расстоянию.

Познакомившись с работой Био и Савара, Лаплас заметил, что для расчета «магнитной» силы, т. е., говоря современным языком, напряженности магнитного поля, полезно рассматривать действие очень малых отрезков проводника с током на магнитный полюс. Из измерений Био и Савара следовало, что если ввести понятие элемента проводника ∆l, то сила ∆F, действующая со стороны этого элемента на полюс магнита, будет пропорциональна ∆F ~ (∆lr2)sinθ –, где ∆l – элемент проводника, θ – угол, образованный этим элементом и прямой, проведенной из элемента ∆l в точку, в которой определяется сила, а r – кратчайшее расстояние от магнитного полюса до линии, являющейся продолжением элемента проводника.
После того как было введено понятие силы тока и напряженности магнитного поля, этот закон стали записывать так:

где ∆H – напряженность магнитного поля, I – сила тока, а k – коэффициент, зависящий от выбора единиц, в которых измеряются эти величины. В международной системе единиц СИ этот коэффициент равен 1/4π.

Новый важнейший шаг в исследовании электромагнетизма был сделан французским ученым Андре Мари Ампером в 1820г.
Раздумывая над открытием Эрстеда, Ампер пришел к совершенно новым идеям. Он предположил, что магнитные явления вызываются взаимодействием электрических токов. Каждый магнит представляет собой систему замкнутых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны оси магнита. Взаимодействие магнитов, их притяжение и отталкивание объясняются притяжением и отталкиванием, существующими между токами. 3емной магнетизм также обусловлен электрическими токами, которые протекают в земном шаре.

IV. Закрепление изученного материала.

  1. Какие взаимодействия называются магнитными.
  2. Основные свойства магнитного поля.
  3. Опишите опыт Эрстеда, что доказывает опыт Эрстеда?
  4. Правило правого винта.
  5. От чего зависит магнитная индукция поля внутри вытянутой катушки?

V. Домашнее задание.

§ 1,2  учебника Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б.    Физика – 11 (базовый и профильный уровни),– М.: Просвещение, 2010 г.

20.03.2015

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Урок физики:Взаимодействие токов. Магнитное поле

Урок 1. Взаимодействие токов. Магнитное поле

 

Цели: дать учащимся представление о магнитном поле.

Демонстрация: демонстрация опыта Эрстеда, движения проводника с током в магнитном поле; демонстрация силовых линий магнитного поля постоянного магнита, магнитного ноля прямого тока.

Ход урока

I. Организационный момент

 

II. Изучение нового материала

История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет. В VI в. до н.э. древнекитайские ученые обнаружили минерал, способный притягивать к себе железные предметы. В древние времена свойства магнита пытались объяснить, приписывая ему «живую душу». Теперь мы знаем: вокруг любого магнита существует магнитное поле.

В 1820 г. Г.-Х. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током.

(Проводится демонстрация опыта Эрстеда.)

В 1820 г. Ампер предложил, что «магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел».

 

Свойства магнитного поля

1. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

2. В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).

3. Магнитное поле материально, так как оно действует на тела и, следовательно, обладает энергией.

4. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

 

Опыт Ампера

Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие проводники укрепляем вертикально, затем присоединяем их с источниками тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного направления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, то есть взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Уильям Дисельберт выпустил в 1600 г. книгу под названием «Новая физиология в магнитах, магнитных силах и великом магните Земли». С этой книги, собственно, и начинается подлинное научное изучение электрических и магнитных явлений. Дисельберт описал в своей книге все свойства магнитов, которые в его эпоху были известны, а также изложил результаты собственных очень важных опытов. Он указал на ряд существенных различий между электрическим и магнитным притяжениями и ввел само слово «электричество».

Хотя после Дюсельберта различие между электрическими и магнитными явлениями было уже всем неоспоримо ясно, тем не менее, ряд фактов указывает на то, что при всем своем различии эти явления каким-то образом тесно и неразрывно связаны друг с другом. Наиболее бросаются в глаза факты намагничивания железных предметов и перемагничивания магнитных стрелок под влиянием молний.

Знаменитый французский физик Д. Араго (1786-1853) в своей работе «Гром и молния» описывает интересный случай: «В июне 1681 г. корабль «Королева», находившийся в сотне миль от берега в открытом море, был поражен молнией, которая причинила значительные повреждения в мачтах, парусах. Когда наступила ночь, то по положению звезд выяснилось, что из трех компасов, имевшихся на корабле, два показывали на юг, а третий - на запад».

Араго описывает также случай, когда молния, ударившаяся в дом, сильно намагнитила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

В начале XVIII в. было установлено, что молния представляет собой электрический ток, идущий через воздух. Поэтому факты могли подсказать, что всякий электрический ток обладает какими-то магнитными свойствами. Однако обнаружить это удалось только в 1820 г. Эрстеду.

 

Первые успехи в исследовании магнитных явлений в Средние века

В Средние века изучение магнитных явлений приобретает практическое значение. Это происходит в связи с изобретением компаса.

Уже в XII в. в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление частей света. О компасе европейцы узнали от арабов, которым было уже к этому времени известно свойство магнитной стрелки. Еще раньше, вероятно, такое свойство знали в Китае.

Начиная с XII в. компас все шире применялся в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.

Практическое применение магнитных явлений приводило к необходимости их изучения. Постепенно выяснялся целый ряд свойств магнитов.

В 1600 г. вышла книга английского ученого У. Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». В ней автор описал уже известные свойства магнита, а также собственные открытия.

Еще раньше узнали, что магнит всегда имеет два полюса. Они были названы по имени частей света - северный полюс и южный полюс. В числе свойств магнита Гильберт указывал на то, что одинаковые полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Гильберт предполагал, что Земля представляет собой большой магнит. Чтобы подтвердить это предположение, Гильберт проделал специальный опыт. Он выточил из естественного магнита большой шар. Приближая к поверхности шара магнитную стрелку, он показал, что она всегда устанавливается в определенном положении, так же как стрелка компаса на Земле.

Гильберт описал явление магнитной индукции, способы намагничивания железа и стали и т. д. Книга Гильберта явилась первым научным исследованием магнитных явлений.

 

III. Закрепление материала

- Какие взаимодействия называют магнитными?

- Перечислите основные свойства магнитного поля.

- Опишите опыт Эрстеда.

- Что доказывает опыт Эрстеда?

 

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 1 учебника.

infourok.ru

Взаимодействие токов. Магнитное поле - физика, уроки

Взаимодействие токов. Магнитное поле

Цели: дать учащимся представление о магнитном поле.

Демонстрация: демонстрация опыта Эрстеда, движения провод­ника с током в магнитном поле; демонстрация силовых линий маг­нитного поля постоянного магнита, магнитного поля прямого тока.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет. В VI в. до н.э. древнекитайские ученые обнаружили минерал, способный притягивать к себе железные предметы. В древние вре­мена свойства магнита пытались объяснить, приписывая ему «жи­вую душу». Теперь мы знаем: вокруг любого магнита существует магнитное поле.

В 1820 г. Г.-Х. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порожда­ется электрическим током.

(Проводится демонстрация опыта Эрстеда.)

В 1820 г. Ампер предложил, что «магнитные свойства постоян­ных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркули­рующих внутри молекул этих тел».

Свойства магнитного поля

1. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

2. В отличие от электрического поля магнитное поле обнаружи­вается по его действию на движущиеся заряды (заряженные тела).

3. Магнитное поле материально, так как оно действует на тела и, следовательно, обладает энергией.

4. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Опыт Ампера

Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие провод­ники укрепляем вертикально, затем присоединяем их с источниками тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного на­правления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, то есть взаимо­действие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Опыт Ампера

Пропускаем ток по параллельным проводникам. Гибкие провод­ники укрепляем вертикально, затем присоединяем их с источниками тока. Ничего не наблюдаем. Но если замкнуть концы проводников проволокой, в проводниках возникнут токи противоположного на­правления. Проводники начнут отталкиваться друг от друга.

В случае токов одного направления проводники притягиваются. Это взаимодействие между проводниками с током, то есть взаимо­действие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Уильям Дисельберт выпустил в 1600 г. книгу под названием «Но­вая физиология в магнитах, магнитных силах и великом магните Зем­ли». С этой книги, собственно, и начинается подлинное научное изу­чение электрических и магнитных явлений. Дисельберт описал в сво­ей книге все свойства магнитов, которые в его эпоху были известны, а также изложил результаты собственных очень важных опытов. Он указал на ряд существенных различий между электрическим и маг­нитным притяжениями и ввел само слово «электричество».

Хотя после Дюсельберта различие между электрическими и маг­нитными явлениями было уже всем неоспоримо ясно, тем не менее, ряд фактов указывает на то, что при всем своем различии эти явления каким-то образом тесно и неразрывно связаны друг с другом. Наибо­лее бросаются в глаза факты намагничивания железных предметов и перемашичивания магнитных стрелок под влиянием молний.

Знаменитый французский физик Д. Араго (1786-1853) в своей ра­боте «Гром и молния» описывает интересный случай: «В июне 1681 г. корабль «Королева», находившийся в сотне миль от берега в откры­том море, был поражен молнией, которая причинила значительные повреждения в мачтах, парусах. Когда наступила ночь, то по положе­нию звезд выяснилось, что из трех компасов, имевшихся на корабле, два показывали на юг, а третий - на запад».

Араго описывает также случай, когда молния, ударившаяся в дом, сильно намагнитила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

В начале XVIII в. было установлено, что молния представляет собой электрический ток, идущий через воздух. Поэтому факты мог­ли подсказать, что всякий электрический ток обладает какими-то магнитными свойствами. Однако обнаружить это удалось только в 1820 г. Эрстеду.

Первые успехи в исследовании магнитных явлений

в Средние века

В Средние века изучение магнитных явлений приобретает прак­тическое значение. Это происходит в связи с изобретением компаса.

Уже в XII в. в Европе стал известен компас как прибор, с помо­щью которого можно определить направление частей света. О ком­пасе европейцы узнали от арабов, которым было уже к этому време­ни известно свойство магнитной стрелки. Еще раньше, вероятно, такое свойство знали в Китае.

Начиная е XII в. компас все шире применялся в морских путеше­ствиях для определения курса корабля в открытом море.

Практическое применение магнитных явлений приводило к необ­ходимости их изучения. Постепенно выяснялся целый ряд свойств магнитов.

В 1600 г. вышла книга английского ученого У. Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». В ней автор описал уже известные свойства магнита, а также собственные от­крытия.

Еще раньше узнали, что магнит всегда имеет два полюса. Они были названы по имени частей света - северный полюс и южный полюс. В числе свойств магнита Гильберт указывал на то, что оди­наковые полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Гильберт предполагал, что Земля представляет собой большой магнит. Чтобы подтвердить это предположение, Гильберт проделал специальный опыт. Он выточил из естественного магнита большой шар. Приближая к поверхности шара магнитную стрелку, он пока­зал, что она всегда устанавливается в определенном положении, так же как стрелка компаса на Земле.

Гильберт описал явление магнитной индукции, способы намаг­ничивания железа и стали и т. д. Книга Гильберта явилась первым научным исследованием магнитных явлений.

III. Закрепление материала

- Какие взаимодействия называют магнитными? -Перечислите основные свойства магнитного поля.

- Опишите опыт Эрстеда.

- Что доказывает опыт Эрстеда?

IV. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 1 учебника.

kopilkaurokov.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *