Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

Слово «магнит» раньше было неизвестно, но на сегодняшний день у каждого ребенка есть игрушка с использованием магнита, также создаются украшения, магниты используются в медицине. В XIX веке датский физик Эстерд провел эксперимент с действием магнитного поля. После него работу магнитного поля изучил француз Андре-Мари Ампер. И на сегодняшний день это понятие изучается в школе и имеет широкую известность.

Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

Основные характеристики магнитного поля

Магнитное поле (далее обозначается: МП) — это такая материя, которая находится и движется вокруг токов (электрических зарядов).

МП возникает из:

  • Тока заряженных частиц.
  • Электрического поля, которое изменяется во временном промежутке.
  • Магнитных моментов.
  • Для исследования МП применяют рамку с током.

    Рамка с током — непрерывный ровный контур с током.

    Свойства МП:

    • МП имеет материальную основу;
    • электрический ток — это индикатор для МП, и без него МП не может существовать;
    • МП круговые, то есть его силовые линии (линии магнитной индукции) непрерывные;
    • чем дальше источник поля, тем слабее и меньше становится МП.

    Графически изобразить МП можно в виде линий или линий индукции.

    История открытия МП

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    Изучение МП началось в XIII веке француз Петр Перегрин заметил на плоскости магнита МП с помощью стальных игл. Петр установил, что линии МП перекрещиваются и образуют две точки, которые он назвал полюсами.

    Ученый Эстерд в 1819 году увидел движущуюся стрелку компаса рядом с проводником тока. В связи с этим он сделал вывод, что есть какая-то связь между МП и электрическим полем.

    И только через пять лет Ампер смог описать взаимосвязь магнита с проводником (их действующую друг на друга силу). Так появился закон Ампера.

    Еще через семь лет Фарадей провел опыт и обнаружил явление электромагнитной индукции, то есть он установил, что изменение МП влияет на проводник.

    И по прошествии 33 лет Максвел объединил и математически описал все полученные ранее знания.

    Магнитная индукция

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    Магнитная индукция (МИ) — силовое определение МП. Это векторная величина.

    Одной из главных характеристик МП является векторный потенциал.

    Формула индукции магнитного поля измеряется через вектор магнитной индукции (В).

    В=Fmax/I*l ,

    где Fmax наибольшая сила, воздействующая от МП на проводнике; I сила тока в проводнике; l длина.

    Вектор МИ имеет единицы измерения — теслы (Тл).

    Направление вектора МИ — это направление от южного полюса к северному магнитной стрелки, установленной в МП.

    Линия МИ — несуществующая прямая, где в любом месте вектор МИ направлен к ней по касательной.

    Свойства магнитной линии:

    • постоянность;
    • замкнутость;
    • ориентированность.

    Чем больше магнитных линий, тем сильнее МП.

    Если рассматривать МП в свободном пространстве (без окружающей его среды), то используют понятие не вектор МИ, а вектор напряженности (Н), равный разности вектора МИ и вектор намагниченности (М).

    Н = В — М

    Если полей более одного, то вектор МИ определяется по принципу суперпозиции: МИ основного поля, которое состоит из многих источников, можно найти через сумму МИ всех полей, входящих в состав МП.

    Электрическое поле

    Электрическое поле (ЭП) — материя, созданная заряженными частицами, взаимодействующими между собой.

    Количественно ЭП можно характеризовать понятием напряженность электрического поля. Так как сила имеет направленность, то и напряженность имеет направление, поэтому это векторная величина. Данную напряженность можно определить по формуле:

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    E=F/q , где Е — напряженность ЭП,

    F — сила, которая влияет на заряд,

    q — величина заряда.

    Так же как и МИ, напряженность нескольких электрических полей можно вычислить по принципу суперпозиции.

    Виды ЭП:

    • Статическое (имеет неподвижные заряды).
    • Магнитное (заряды проходят по проводнику).
    • Стационарное (если проводник с током не двигается и не изменяется).
    • Электромагнитное.

    Магнитное взаимодействие

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    Магнитное взаимодействие — соединение или разъединение электрически незаряженных проводников при пропускании через них электричества.

    Магнитное взаимодействие можно трактовать так: каждый перемещающийся электрический заряд вызывает МП, влияющее на перемещающиеся заряженные частицы.

    Взаимосвязь проводников, по которым движется ток: если токи движутся в одну сторону, то проводники соединяются, если токи движутся в разные стороны, то проводники отталкиваются.

    МП — это следствие появления понятия электрического поля. МП совместно с электрическим образуют электромагнитное поле.

    Прямой ток

    Магнитное поле проводника с током проходит по прямой, около которой возникает МП. МП около проводника с током проходит по круговой спирали. Направление магнитного поля и тока проходит в одну сторону. А в какую сторону, можно найти по правилу буравчика: если буравчик движется в ту же сторону, что и электрические заряды в проводнике, то направление обращения ручки буравчика соответствует направлению вектора МИ.

    МП прямого тока — МП, ток которого идет по прямому кабелю большой длины.

    Магнитные линии МП прямого тока — кривые линии, имеющие форму окружности, которые окружают проводник. В данном случае для того, чтобы найти направления силовых линий МП, применяют правило правой руки: если проводник держать в правой руке, большой палец будет направлен в сторону тока, а другие четыре пальца показывают направление силовых линий МП.

    Понятие однородности

    Однородное МП — это поле, вектор МИ которого постоянный.

    Параметры однородности МП:

    • магнитные линии параллельные и ровные;
    • между линиями одинаковый интервал;
    • энергия, которая воздействует на проводник, одинакова во всех точках.

    Неоднородное МП — это поле, у которого линии искривлены, расстояние между ними неоднородное и напряжение меняется от точки к точке.

    Сила Ампера

    Сила Ампера — сила, воздействующая на проводник с электрическими зарядами, который расположен в МП.

    Закон Ампера: на проводник с током, который расположен в МП, воздействует определенная сила. Данную силу можно рассчитать по формуле:

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    где I — сила тока в проводнике;

    l — длина проводника;

    В — МИ МП;

    а — угол между проводником и вектором.

    Для того чтобы узнать направление силы Ампера, основатель данной силы открыл правило левой руки: если перпендикуляр вектора МИ упирается в ладонь, а четыре пальца указывают в сторону тока, то большой палец, расположенный под прямым углом к остальным, направлен в сторону силы Ампера.

    Понятие магнит

    Магнит — это тело, которое имеет собственное МП.

    Главное качество магнитов — способность притягивать предметы из железа или его сплавов (сталь, чугун).

    Магниты делятся на 2 вида:

    • природные (из магнитного железняка);
    • искусственные (намагниченные железные полосы).

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    Постоянные магниты — это тела, которые долгое время создают МП.

    Переменные МП и электрические существуют только совместно, так как МП порождает электрическое, а электрическое поле порождает МП.

    Область, где качества магнита демонстрируются с наибольшей силой, называются полюсами. Магнит имеет два полюса: северный (N) и южный (S). Два одинаковых поля (N — N) отталкиваются, а противоположные (N — S) — притягиваются.

    Если постоянный магнит разделить напополам, то у этих частей окажется также два полюса.

    Алгоритм решения задачи

    Для решения задачи о действии МП на проводники с током можно использовать следующий алгоритм:

    Магнитное поле — определение, основные характеристики и свойства

    • Создать чертеж проводника и обозначить на нем линии индукции с их направлением.
    • Обозначить углы между направлением поля и элементами контура.
    • Определить направление силы Ампера и указать данные параметры на чертеже.
    • Также отметить на схеме другие силы, которые действуют на проводник.
    • Изучить все нужные формулы.
    • Использовать второй закон Ньютона в векторном виде и проекции.
    • Найти неизвестную величину через уравнение и решить пример.
    • Сделать проверку.

    Беликова Ирина

    Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

    Оцените автора
    Добавить комментарий

    Вставить формулу как
    Блок
    Строка
    Дополнительные настройки
    Цвет формулы
    Цвет текста
    #333333
    Используйте LaTeX для набора формулы
    Предпросмотр
    \({}\)
    Формула не набрана
    Вставить
    Adblock
    detector