Поделиться
Приложение 4 Теория МП прямого тока, соленоида.docx
Надо сказать, что рассуждения о том, что же такое магнитные действия, долгое время оставалось загадкой. Никто не мог ответить на этот вопрос. А вот более или менее ясные исследования пошли только в конце XVIII и начале XIX веков.
Все решилось только в начале XIX века. В 1820 году датский ученый Эрстед провел эксперимент. Рассмотрим этот опыт.
Расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси.
Рис. 1. Суть опыта Эрстеда
При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения.
Рис. 2. Замкнутая цепь
При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Выполненный опыт наводит на мысль о существовании вокруг проводника с электрическим током магнитного поля. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, то есть вокруг движущихся электрических зарядов.
Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов (то есть электрического тока) существует и электрическое, и магнитное поле.
Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток следует рассматривать как источник магнитного поля.
В дальнейшем магнитное поле изучалось очень многими учеными. И в первую очередь, конечно, это Андре-Мари Ампер – французский ученый, который очень много сделал в исследовании магнитного поля.
Первое свойство магнитного поля, о котором говорит Ампер, – это то, что магнитное поле появляется тогда, когда есть движущийся заряд, то есть если заряд движется, то вокруг него образуется магнитное поле. Если есть электрический ток (направленное движение электрических зарядов), значит, и вокруг электрического тока тоже есть магнитное поле.
Второе свойство, которое установил Ампер, связано с тем, как действует магнитное поле. Магнитное поле действует на другой электрический ток, то есть если в магнитное поле попадает проводник с током, то этот проводник испытывает на себе действие. Он в магнитном поле начинает как-то иначе себя вести. Проще говоря, начинает двигаться. Магнитное поле действует на магнитную стрелку.
И еще немаловажная вещь, что магнитное поле действует на рамку с током. Вот это, пожалуй, самое любопытное замечание, которое удалось выяснить; если мы проводник согнем в виде квадратной рамки или круглой рамки и будем пропускать по ней электрический ток, то рамка в магнитном поле начнет поворачиваться. Это свойство тоже определил Ампер, и в результате мы теперь можем говорить о том, что магнитное поле существует, то есть оно материально и плюс к этому обладает свойствами.
Магнитное поле проявляется именно тогда, когда есть движущиеся заряды. Если заряды покоятся, никакого магнитного поля мы вокруг них наблюдать не будем, в этом случае это электрическое поле.
Наши органы чувств, к сожалению, не могут дать нам возможности ощутить и определить магнитное поле. Но, тем не менее, есть возможность магнитное поле увидеть. Мы можем определить его форму, как и где оно располагается, характеризовать его некоторым образом. Для того чтобы увидеть эти электромагнитные явления, используют, как правило, железные опилки.
Дело в том, что в магнитном поле железные опилки намагничиваются и приобретают свойство магнитных стрелок. И оказалось, что если эти магнитные стрелки, очень-очень маленькие, расположить вокруг магнитов или электрического тока, то магнитные стрелки будут себя вести, как положено им в магнитном поле, ориентируясь определенным образом.
В результате можно сделать очень любопытное действие. Если взять проводник, вокруг него рассыпать металлические опилки, то эти опилки будут располагаться строго по концентрическим окружностям.
Рис. 4. Расположение линий магнитного поля
Давайте посмотрим на рисунок, где и как происходят электромагнитные явления. Вот в центре изображен проводник, который располагается перпендикулярно нашему рисунку. Точка в центре говорит о том, что электрический ток как бы идет на нас из-за этого рисунка. Если мы теперь вокруг этого проводника на плоскости рассыплем железные опилки, то они будут располагаться строго вот по таким окружностям. То есть опилки очень маленькие по размерам и, соответственно, будут располагаться так, как показаны на рисунке магнитные стрелки. Эти магнитные стрелки как: южный полюс – северный, южный полюс – северный, южный полюс – северный.
Обратите внимание: выстраиваясь вдоль этих линий, стрелки и покажут форму магнитного поля. И самое главное – можно по этим расположениям судить о том, какая величина этого магнитного поля может быть.
Линии, вдоль которых выстраиваются магнитные стрелки, называются линиями магнитного поля.
Вопросы для обсуждения
1. Что показал опыт Эрстеда?
2. Какие свойства выяснил Ампер при исследовании магнитного поля?
3. Что можно определить по густоте линий магнитного поля?
Если
есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг
этого проводника можно с помощью железных опилок ...
... или магнитных стрелок.
Под
действием магнитного поля тока магнитные стрелки или железные опилки
располагаются по концентрическим окружностям.
Магнитные линии.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий.
Магнитные линии магнитного
поля тока – это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси
маленьких магнитных стрелок.
Магнитные линии магнитного поля тока – это замкнутые кривые, охватывающие проводник.
У прямого проводника с током - это концентрические расширяющиеся
окружности .
За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный
полюс магнитной стрелки в каждой точке поля.
Графическое изображение магнитного поля прямого проводника с током.
Направление магнитных линий магнитного поля тока
связано с направлением тока в проводнике:
Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. Чтобы получить катушку, надо взять изолированный проводник и намотать его на каркас. Такая катушка содержит в себе большое количество витков провода. Обратите внимание: эти провода намотаны на пластмассовый каркас и у этого провода есть два вывода.
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой – к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный.
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого проводника, можно обнаружить при помощи опилок. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми.
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это сделать.
На рис. 1 изображен опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током.
Рис.1. Действие магнитного поля катушки с током
Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
Включим цепь, содержащую катушку, реостат (рис.2), и при помощи него будем изменять силу тока в катушке.
Рис. 2. Действие магнитного поля катушки с током, регулируемой реостатом
При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении – ослабляется.
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис.3).
Рис. 3. Действие магнитного поля катушки с током, усиленной сердечником
Обратите внимание, что на схемах катушка обозначается определенным символом. Давайте посмотрим на этот эксперимент и на схематичное изображение катушки. Итак, мы говорили о том, что если катушку подвесить на тонких проводниках и закрепить катушку на подставке, то мы увидим, что она будет вести себя точно так же, как магнитная стрелка. Она будет располагаться строго ориентированно одной стороной на юг, другой стороной на север.
Рис. 4. Катушка
Но самым интересным оказалось открытие английского инженера Стёрджента. Он продемонстрировал следующее: ученый взял и надел катушку на железный сердечник. Дело все в том, что, пропуская электрический ток по виткам этих катушек, магнитное поле многократно увеличивалось – и все железные предметы, которые находились вокруг, стали притягиваться к этому устройству. Это устройство получило название «электромагнит».
Когда сообразили сделать железный крючок и присоединить его к этому устройству, получили возможность перетаскивать различные грузы. Итак, что такое электромагнит?
Электромагнитом называют катушку с железным сердечником внутри. Электромагнит на схеме обозначается как катушка, а сверху располагается горизонтальная линия.
Рис. 5. Схематичное обозначение катушки
Эта линия характеризует железный сердечник. Когда мы изучали электрические явления, то говорили, что у электрического тока есть разные свойства, в том числе и магнитные свойства. И один из экспериментов, которые мы обсуждали, был связан с тем, как мы берем проволоку, присоединенную к источнику тока, наматываем на железный гвоздь и наблюдаем, как к этому гвоздю начинают притягиваться различные железные предметы. Вот это и есть простейший электромагнит. И теперь мы понимаем, что простейший электромагнит нам обеспечивают сила тока, протекающая в катушках, количество витков и обязательно металлический сердечник.
На сегодняшний день электромагниты очень широко распространены. Электромагниты работают практически везде и всюду. Например, если нам надо перетащить достаточно большие грузы, мы используем электромагниты. И, регулируя силу тока, мы будем, соответственно, силу либо увеличивать, либо уменьшать. Открытие и закрытие дверей тоже обеспечивается электромагнитами.
Вопросы для обсуждения
1. Что представляет собой катушка?
2. У любой ли катушки есть магнитное поле?
3. Простейший электромагнит.
Скачано с www.znanio.ru
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
