Лекция по физике на тему "Магнитное поле. Индукция магнитного поля"

Лекция  Тема: Магнитное поле. Индукция магнитного поля План 1. Магнитное поле. 2.Индукция магнитного поля. 3.Линии магнитной индукции (или линии индукции ) 1. Магнитное поле. Явление взаимного притяжения разноименных и отталкивания одноименных  зарядов во многом схоже с явлением взаимодействия полюсов магнита.  Однако установить связь между этими явлениями долго не получалось. В  1820 году датский химик Эрстед демонстрирую, отсутствие связи между  электрическим полем и магнитным пришел к совершенно противоположным  выводам, чему был крайне удивлен. В тоже время французский физик А. Ампер установил, что два проводника с  током, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное  притяжение при пропускании электрического тока в одном направлении и  отталкиваются, если токи текут в противоположных направлениях. Взаимодействия между проводниками с током, то есть взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.  Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами. Магнитное поле  представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.  Основные свойства магнитного поля:  Магнитное поле порождается электрическим током    (движущимися зарядами).  Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).  Магнитное   поле   существует   реально   независимо   от   нас,   от   наших знаний о нем. Неподвижные   заряды   не   создают   магнитное   поле,   это   могут   осуществлять только движущиеся заряды (электрический ток) или постоянные магниты. Магнит – это тело, обладающее собственным магнитным полем.  Природные   магниты,   называемые   магнитной   рудой,   образуются, когда   руда,   содержащая   железо   или   окиси   железа,   охлаждается   и намагничивается   за   счет   земного   магнетизма.   Постоянные   магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока, так как их домены постоянно ориентированы в одном направлении.  Временные   магниты  —   это   магниты,   которые   действуют   как постоянные   магниты   только   тогда,   когда   находятся   в   сильном магнитном   поле,   и   теряют   свой   магнетизм,   когда   магнитное   поле исчезает.  В   качестве   примера   можно   привести   скрепки   и   гвозди,  а также другие изделия из «мягкого» железа.  Электромагниты  представляют   собой   металлический   сердечник   с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток. При изучении постоянных магнитов было установлено, что они имеют два полюса:   северный   и   южный,   одноименные   отталкиваются,   разноименные притягиваются. Это наводило на мысль о существовании в природе магнитных зарядов.   Но   опыт   показал,   что   нельзя   разделив   магнит   на   две   половины получить один полюс магнита. Если отдельные тела можно зарядить положительно или отрицательно, т.к. существует элементарный электрический заряд, то никогда нельзя отделить северный   полюс   магнита   от   южного.   В   природе   не   существует   отдельных магнитных зарядов. Внутри   атомов   и   молекул   вещества   циркулируют   элементарные   токи, хаотично по отношению друг к другу. В намагниченном состоянии (например, в постоянных магнитах) элементарные токи ориентированны определенным образом. Графически изобразить магнитное поле можно при помощи линий магнитной индукции. Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.  Условились,   за   направление   принимать   направление   северного   конца магнитной стрелки.  Силовые   линии   выходят   из   северного   полюса, 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.  Направление   линий   магнитной   индукции   связано   с   направлением   тока   в проводнике. Их направление определяется по правилу буравчика:   а   входят, если   направление   поступательного   движения   буравчика   совпадает   с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.   Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле – вихревое поле. Конфигурацию силовых линий магнита легко установить с помощью мелких железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом магнитном поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (поворачиваются вдоль силовых линий).  Формула   связи   вектора   магнитной   индукции   и   напряженности   магнитного поля:  B 0  H Экспериментальные данные были обобщены французскими физиками Био и Саваром, а французский математик Лаплас объединил все формулой, которая называется формулой Био – Савара – Лапласа: 2.Индукция магнитного поля. Поле первого магнита сильнее, чем второго. Посмотрите внимательно: при одном и том же расстоянии до гвоздей, находящихся на столе, сила притяжений к первому  магниту оказалось достаточно для преодоления силы  тяжести гвоздей, а сила притяжения ко второму­ нет  Определение. Магнитное поле характеризуется векторной физической  величиной, которая обозначается символом  и называется индукцией  магнитного поля  или магнитной индукцией.   Если поместить проводник с током в магнитное поле перпендикулярно  его магнитным линиям (по правилу левой руки определяем направление силы ), то возникает сила , действующая на проводник с током и  направлена вниз (примените правило левой руки)  Опыты показывают, что модуль этой силы зависит от величины  магнитного поля. Более мощный магнит действует на данный проводник с большей силой и  пропорционально  Отношение модуля силы F к длине проводника L  и силе тока I есть  величина постоянная  B = F/ IL  Модуль вектора магнитной индукции В равен отношению силы F, с  которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно  магнитным линиям проводник с током, к силе тока I в проводнике и его  длине L.  Единицы измерения В  Тл = H/Aм (Тесла) Определение. Магнитное поле характеризуется векторной физической  величиной, которая обозначается символом   и называется индукцией  В магнитного поля  или магнитной индукцией. Если поместить проводник с током в магнитное поле перпендикулярно его  магнитным линиям (по правилу левой руки определяем направление силы F ),  то возникает сила  , действующая на проводник с током и направлена вниз  F (примените правило левой руки) Опыты показывают, что модуль этой силы зависит от величины магнитного  поля. Более мощный магнит действует на данный проводник с большей силой  и   пропорционально   F       Il,  3.Линии магнитной индукции (или линии индукции м.п.) Определение. Линиями магнитной индукции  называются линии, касательные к которым в каждой  точке поля совпадают с направлением вектора  магнитной индукции. Поясним это определение Магнитной индукции  с помощью чертежа  Из рисунка видно, что проведённые касательные в  любой точке (1,2,3,4,5) совпадают с вектором магнитной индукции. 1). Как называется (и каким символом обозначается) векторная величина,  которая служит количественной характеристикой магнитного поля? Контрольные вопросы 2). По какой формуле определяется модуль вектора магнитной индукции  однородного магнитного поля. 3). Что принимают за единицу магнитной индукции? Как называется эта  единица? 4). Что называется линиями магнитной индукции? 5). В каком случае магнитное поле называется однородным, а в каком  неоднородным?  6). Как зависит сила, действующая в данной точке магнитного поля на  магнитную стрелку или движущийся заряд, от магнитной индукции в этой  точке? Решение задач. 1.В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной  индукции поместили прямолинейный проводник, по которому протекает ток  2А. Определение индукции этого поля, если оно действует с силой 0,4Н на  каждые 10 см длины проводника. 2. В магнитном поле с индукцией   поместили проводник с током.  В Через некоторое время силу тока в проводнике уменьшили в 2 раза.  Изменилась ли при этом индукция   магнитного поля, в котором был   В помещен проводник? Сопровождалось ли уменьшение силы тоже изменением  какой – либо другой физической величины? Если да, то что это за величина и  как она изменилась?