Электромагнетизм

В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле.
Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точке вполне определенным образом, указывая тем самым направление поля.
Тот конец стрелки, который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, а противоположный – южным.

2

При отклонении магнитной стрелки от направления магнитного поля, на стрелку действует механический крутящий момент Мкр, пропорциональный синусу угла отклонения α и стремящийся повернуть ее вдоль указанного направления.

При взаимодействии постоянных магнитов они испытывают результирующий момент сил, но не силу.
Подобно электрическому диполю, постоянный магнит в однородном поле стремится повернуться по полю, но не перемещаться в нем.

3

Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем:
Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине и противоположных по знаку.
Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный полюса.

4

Подводя итоги сведениям о магнетизме, накопленным к 1600 г., английский ученый-физик Уильям Гильберт написал труд
«О магните, магнитных телах и большом магните – Земле»

5

6

В своих трудах У. Гильберт высказал мнение, что, несмотря на некоторое внешнее сходство, природа электрических и магнитных явлений различна. Все же, к середине XVIII века, окрепло убеждение о наличии тесной связи между электрическими и магнитными явлениями.

7

В 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического тока.
А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов.
Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных токов.

8

9

гальванический элемент

магнитная стрелка

Самый распространенный вид гальванических элементов - это батарейки

Открытие Эрстеда.
При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.).
Из описанного опыта
Эрстед делает вывод:
вокруг прямолинейного
проводника с током
есть магнитное поле.

10

11

Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть магнитное поле.
Но ведь ток – это направленное движение зарядов.
Опыты подтверждают: магнитное поле появляется вокруг электронных пучков и вокруг перемещающихся в пространстве заряженных тел.
Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует еще и магнитное.

Появляется
магнитное поле

12

т о к

линия индукции
магнитного поля

Правило буравчика

13

Правило буравчика

т о к
направлен к нам

линия индукции

14

Правило буравчика

т о к
направлен от нас

линия индукции

15

Подобно электрическому полю, оно обладает энергией и, следовательно, массой. Магнитное поле материально. Теперь можно дать следующее определение магнитного поля:
Магнитное поле – это материя, связанная с движущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на магнитные стрелки и движущиеся заряды, помещенные в это поле.
Аналогия точечному заряду – замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле.

16

Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиеся электрические заряды с определенной силой.
В магнитном поле контур с током будет ориентироваться определенным образом.
Ориентацию контура в пространстве будем характеризо-
вать направлением нормали, которое определяется
правилом правого винта
или «правилом буравчика»:
За положительное направление
нормали принимается направление
поступательного движения винта,
головка которого вращается в
направлении тока, текущего в рамке

18

Вращающий момент прямо пропорционален величине тока I, площади контура S и синусу угла между направлением магнитного поля и нормали

здесь М – вращающий момент, или момент силы,
- магнитный момент контура (аналогично – электрический момент диполя).

19

20

для данной точки магнитного поля будет одним и тем же и может служить характеристикой магнитного поля, названной магнитной индукцией:

– вектор магнитной индукции, совпадающий с нормалью
По аналогии с электрическим полем

21

Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично,
характеризует силовое действие электрического поля на заряд).
– силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых линий.
Поскольку М – момент силы и Рm – магнитный момент являются характеристиками вращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое.

22

23

Условились, за направление принимать направление северного конца магнитной стрелки.
Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита.
Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями (линиями магнитной индукции).
Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора в этой точке.

24

Конфигурацию силовых линий легко установить с помощью мелких железных опилок которые намагничиваются в исследуемом магнитном поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (поворачиваются вдоль силовых линий).

Направление
«правилом буравчика»: направление вращения головки винта дает направление , поступательное движение винта соответствует направлению тока в элементе.

25

26

Электрический ток – упорядоченное движение зарядов, а магнитное поле порождается движущимися зарядами.
Под свободным движением заряда понимается его движение с постоянной скоростью

Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что это поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела.

27

Физический смысл
магнитной индукции

?

Тл = Н.с / (Кл.м)

28

29

30

Силовые линии магнитного поля кругового тока хорошо видны в опыте с железными опилками ( см. рис.).

31

32

однородное поле

Поле
соленоида

33



Определение потока
вектора магнитной индукции

34

Сравнив уравнения магнитостатики

можно заключить, что электрическое поле всегда потенциально, а его источниками являются электрические заряды.

35