Направление магнитной индукции идет от севера к югу или от юга к северу?
Линии магнитной индукции выходят из северного полюса катушки с током (или постоянного магнита) и входят в южный полюс катушки (магнита) и замыкаются внутри катушки (магнита).
Остальные ответы
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током
1. Опыт Эрстеда заключается в следующем. На столе располагают магнитную стрелку, которая ориентируется с севера на юг в магнитном поле Земли, и параллельно ей сверху проводник, соединённый с источником тока (см. рис. 81). При замыкании цепи стрелка повернётся на 90° и встанет перпендикулярно проводнику.
При размыкании цепи стрелка вернётся в первоначальное положение. Если изменить направление тока на противоположное, то стрелка повернётся в обратную сторону. Опыт Эрстеда доказывает, что вокруг проводника, по которому течёт электрический ток, существует магнитное поле, которое действует на магнитную стрелку.
Опыт Эрстеда показал существование взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.
Об этой взаимосвязи свидетельствует и опыт, известный как опыт Ампера. Если по двум длинным параллельно расположенным проводникам пропустить электрический ток в одном направлении, то они притянутся друг к другу; если направление тока будет противоположным, то проводники оттолкнутся друг от друга. Это происходит потому, что вокруг одного проводника возникает магнитное поле, которое действует на другой проводник с током. Если ток будет протекать только по одному проводнику, то проводники не будут взаимодействовать.
Таким образом, вокруг движущихся электрических зарядов или вокруг проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле действует на движущиеся заряды. На неподвижные заряды магнитное поле не действует.
Силовой характеристикой магнитного поля является величина, называемая магнитной индукцией. Обозначается магнитная индукция буквой \( B \) . Магнитная индукция является векторной величиной, т.е. имеет определённое направление. Это наглядно проявляется в опыте со взаимодействием параллельных проводников с током. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки в данной точке поля.
2. Обнаружить магнитное поле вокруг проводника с током можно с помощью либо магнитных стрелок, либо железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и становятся магнитными стрелками. На рисунке 87 изображён проводник, пропущенный через лист картона, на который насыпаны железные опилки. При прохождении по проводнику электрического тока опилки располагаются вокруг него по концентрическим окружностям.
Линии, вдоль которых располагаются в магнитном поле магнитные стрелки или железные опилки, называют линиями магнитной индукции. Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, принято за направление линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линии магнитной индукции в каждой точке поля.
Как следует из результатов опыта Эрстеда и опыта по взаимодействию параллельных проводников с током, направление линий вектора магнитной индукции (и линий магнитной индукции) зависит от направления тока в проводнике. Направление линий магнитной индукции можно определить с помощью правила буравчика. Для линейного проводника оно следующее: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитной индукции.
3. Если пропустить электрический ток по катушке, то опилки расположатся, как показано на рисунке 88.
Картина линий магнитной индукции свидетельствует о том, что катушка с током становится магнитом. Если катушку с током подвесить, то она повернётся южным полюсом на юг, а северным — на север (рис. 89).
Следовательно, катушка с током имеет два полюса: северный и южный. Определить полюса, которые появляются на её концах можно, если известно направление электрического тока в катушке. Для этого пользуются правилом буравчика: если направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением тока в катушке, то направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением линий магнитной индукции внутри катушки (рис. 90).
4. Тела, длительное время сохраняющие магнитные свойства, или намагниченность, называют постоянными магнитами. Поднося магнит к железным опилкам, можно заметить, что они притягиваются к концам магнита и практически не притягиваются к его середине. Те места магнита, которые производят наиболее сильное магнитное действие, называются полюсами магнита. Магнит имеет два полюса: северный — N и южный — S. Принято северный полюс магнита окрашивать синим цветом, а южный — красным. Если полосовой магнит разделить на две части, то каждая из них окажется магнитом с двумя полюсами.
Положив на постоянный магнит лист бумаги или картона и насыпав на него железные опилки, можно получить картину его магнитного поля (рис. 91). Линии магнитной индукции постоянных магнитов замкнуты, все они выходят из северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
Магнитные стрелки и магниты взаимодействуют между собой. Разноимённые магнитные полюсы притягиваются друг к другу, а одноимённые — отталкиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что магнитное поле одного магнита действует на другой магнит и, наоборот, магнитное поле 2-го магнита действует на 1-й.
Причиной наличия у веществ магнитных свойств является движение электронов, существующих в каждом атоме. При своём движении вокруг атома электроны создают магнитные поля. Если эти поля имеют одинаковую ориентацию, то вещество, например железо или сталь, намагничены достаточно сильно.
5. Магнитное поле действует на проводник с током. Доказать это можно с помощью эксперимента (рис. 92).
Если в поле подковообразного магнита поместить проводник длиной \( l \) , подвешенный на тонких проводах, соединить его с источником тока, то при разомкнутой цепи проводник останется неподвижным. Если замкнуть цепь, то по проводнику пойдёт электрический ток, и проводник отклонится в магнитном поле от своего первоначального положения. При изменении направления тока проводник отклонится в противоположную сторону. Таким образом, на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила, которую называют силой Ампера.
Экспериментальное исследование показывает, что сила Ампера прямо пропорциональна длине проводника \( l \) и силе тока \( I \) в проводнике: \( F\sim Il \) . Коэффициентом пропорциональности в этом равенстве является модуль вектора магнитной индукции \( B \) . Соответственно, \( F=BIl \) .
Сила, действующая на проводник с током, помещённый в магнитное поле, равна произведению модуля вектора магнитной индукции, силы тока и длины той части проводника, которая находится в магнитном поле.
В таком виде зависимость силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, записыватся в том случае, если линии магнитной индукции перпендикулярны проводнику с током.
Формула силы Ампера, позволяет раскрыть смысл понятия вектора магнитной индукции. Из выражения для силы Ампера следует: \( B=\frac \) , т.е. магнитной индукцией называется физическая величина, равная отношению силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, к силе тока и длине проводника, находящейся в магнитном поле.
Из приведённой формулы понятно, что магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля.
Единица магнитной индукции \( [В] = [F]/[I][l] \) . \( [B] \) = 1 Н/(1 А · 1 м) — 1 Н/(А · м) = 1 Тл. За единицу магнитной индукции принимают магнитную индукцию такого поля, в котором на проводник длиной 1 м действует сила 1 Н при силе тока в проводнике 1 А.
Направление силы Ампера определяют, пользуясь правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник (рис. 93).
6. Движение проводника с током в магнитном поле лежит в основе работы электрического двигателя. Если поместить прямоугольную рамку в магнитное поле и пропустить по ней электрический ток, то рамка повернётся (рис. 94), потому, что на стороны рамки действует сила Ампера. При этом сила, действующая на сторону рамки \( ab \) , противоположна силе, действующей на сторону \( cd \) .
Для того чтобы рамка не остановилась в тот момент, когда её плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции, и продолжала вращаться, изменяют направление тока в проводнике. Для этого к концам рамки припаяны полукольца, по которым скользят контакты, соединённые с источником тока. При повороте рамки на 180° меняются контактные пластины, которых касаются полукольца и, соответственно, направление тока в рамке.
В электрическом двигателе энергия электрического и магнитного полей превращается в механическую энергию.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. На рисунке показано, как установилась магнитная стрелка между полюсами двух одинаковых магнитов. Укажите полюса магнитов, обращённые к стрелке.
1) 1 — S, 2 — N
2) 1 — А, 2 — N
3) 1 — S, 2 — S
4) 1 — N, 2 — S
2. Па рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?
1) 1 — северному полюсу; 2 — южному
2) 1 — южному; 2 — северному полюсу
3) и 1, и 2 — северному полюсу
4) и 1, и 2 — южному полюсу
3. При прохождении электрического тока по проводнику магнитная стрелка, находящаяся рядом, расположена перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока на противоположное. Стрелка
1) повернётся на 90°
2) повернётся на 180°
3) повернётся на 90° или на 180° в зависимости от значения силы тока
4) не изменит свое положение
4. Проводник, по которому протекает электрический ток, расположен перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок). Расположение какой из магнитных стрелок, взаимодействующих с магнитным полем проводника с током, показано правильно?
5. Из проводника сделали кольцо и по нему пустили электрический ток. Ток направлен против часовой стрелки (см. рисунок). Как направлен вектор магнитной индукции в центре кольца?
1) вправо
2) влево
3) на нас из-за плоскости чертежа
4) от нас за плоскость чертежа
6. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки
1) образуются магнитные полюса — на конце 1 — северный полюс, на конце 2 — южный
2) образуются магнитные полюса — на конце 1 — южный полюс, на конце 2 — северный
3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд, на конце 2 — положительный
4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд, на конце 2 — отрицательный
7. Два параллельно расположенных проводника подключили параллельно к источнику тока.
Направление электрического тока и взаимодействие проводников верно изображены на рисунке
8. В однородном магнитном поле на проводник с током, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок), действует сила, направленная
1) вправо →
2) влево ←
3) вверх ↑
4) вниз ↓
9. Сила, действующая на проводник с током, который находится в магнитном поле между полюсами магнита направлена
1) вверх ↑
2) вниз ↓
3) направо →
4) налево ←
10. На рисунке изображён проводник с током, помещённый в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Как направлена сила, действующая на проводник с током?
1) вверх ↑
2) вправо →
3) вниз ↓
4) влево ←
11. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.
1) Вокруг неподвижных зарядов существует магнитное поле.
2) Вокруг неподвижных зарядов существует электростатическое поле.
3) Если разрезать магнит на две части, то у одной части будет только северный полюс, а у другой — только южный.
4) Магнитное поле существует вокруг движущихся зарядов.
5) Магнитная стрелка, находящаяся около проводника с током, всегда поворачивается вокруг своей оси.
12. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок).
Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.
1) При перемещении ползунка реостата влево сила Ампера, действующая на проводник АВ, увеличится.
2) При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.
3) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки В к точке А.
4) Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вниз.
5) Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создаёт однородное магнитное поле.
Часть 2
13. Участок проводника длиной 0,1 м находится в магнитном поле индукцией 50 мТл. Сила тока, протекающего по проводнику, 10 А. Какую работу совершает сила ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.
Свойства силовых линий магнитного поля
Вокруг постоянных магнитов или вблизи движущихся носителей электрического заряда возникает особая материя, которую называют магнитным полем (МП). Оно неотъемлемо от электрического поля и вместе с ним участвует в формировании электромагнитного поля. Визуально его изображают с помощью специальных линий, названных силовыми линиями магнитного поля. Но так как главной силовой характеристикой МП является магнитная индукция, то термин силовые линии магнитного поля может использоваться наравне с термином линии магнитной индукции.
Что собой представляют силовые линии
Что такое магнитные линии
Первым понятие силовых линий сформулировал английский физик М. Фарадей. По своей сути они являются воображаемыми петлями, касательные к которым в любой точке совпадают по направлению с вектором магнитной индукции. Эти петли или замкнутые кривые представляют собой не реальные линии, а только являются удобным способом изображения МП. Использование магнитных линий позволяет отобразить силу и направление магнитной индукции. С их помощью можно обозначать слабые и сильные зоны МП, а также его взаимодействие с прочими физическими объектами.
Вокруг постоянного магнита рассматриваемые линии имеют вид замкнутых кривых, исходящих из северного полюса и входящих в южный. Магнитное поле проводника и его силовые линии изображаются концентрическими окружностями.
Разные виды линий МП
Принимая во внимание форму и расположение силовых линий магнитного поля, можно судить об интенсивности и распределении МП вокруг объекта, являющегося его источником. Если окружности на рисунке изображаются на небольшом расстоянии друг от друга, значит, поле создано сильным магнитом или проводником с большим током. Чтобы узнать направление вектора индукции, пользуются правилом правой руки или правилом буравчика.
Как определяется направление вектора индукции
Визуализация линий
Линии магнитного поля можно сделать видимыми, используя металлические опилки. Попав в МП они намагничиваются и становятся своеобразными магнитными стрелками, которые располагаются вдоль воображаемых силовых линий.
Силовые линии, нарисованные металлической стружкой
Визуализация линий МП помогает лучше понять механизм различных физических явлений, связанных с магнетизмом и электромагнетизмом.
Особенности магнитных линий
Следует отметить такие основные свойства силовых линий:
- Линии МП всегда замкнуты, то есть, точка выхода и входа у них общая. В этом заключается главное отличие между силовыми линиями магнитного и электрического полей. Для последнего характерны разомкнутые линии, которые начинаются на зарядах со знаком плюс, а заканчиваются на тех, что имеют отрицательный знак, а при отсутствии таковых силовые линии уходят в бесконечность.
- Замкнутые силовые линии магнитного поля подтверждают такую важную особенность, как отсутствие магнитных зарядов. В природе южный магнитный полюс не может существовать отдельно от северного и наоборот. Если магнит распилить пополам, то в итоге получится 2 магнита, у каждого из которых будет 2 полюса. Силовые линии выходят из северного полюса магнита и направлены в сторону южного.
- Силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются и не прерываются. Такие линии характерны для вихревого поля.
- Густота расположения линий зависит от величины магнитной индукции. Чем выше последняя, тем меньше расстояние между линиями и наоборот.
- Линии МП не существуют как отдельные компоненты физического мира — они воображаемы. Поэтому ответ на вопрос, как можно увидеть магнитные силовые линии, однозначный — никак. Их можно лишь изобразить схематически.
Свойства линий МП
Как убедиться в наличии магнитного поля
Если силовые линии нематериальны, возникает вопрос: можно ли как-то убедиться в том, что магнитное поле существует? Да, его обнаруживают разными способами. Самые распространенные:
- Опыт с магнитной стрелкой.
- Опыт с проводящим ток предметом.
Поместив в поле один из перечисленных выше элементов, можно наблюдать перемещение последнего в пространстве.
Опыты, с помощью которых можно убедиться в наличии МП
Сферы применения
Огромным магнитом является наша планета. Земное магнитное поле порождают круговые токи, циркулирующие в ядре. Человечество стало использовать МП Земли очень давно. Примерно в 17-м веке изобрели такой прибор, как компас.
Благодаря магнитному полю планеты многие живые организмы ориентируются в пространстве. Ученые, например, выяснили, что птицы имеют собственный «компас». Он представляет собой небольшой кусочек биологической ткани с кристаллами магнетита. Располагается этот компас в области птичьих глаз.
Магнитное поле Земли
Но настоящий прорыв произошел в начале 19-го века, когда был изобретен электромагнит. Это способствовало зарождению современной электротехники. В настоящее время магнитные и электромагнитные поля находят применение практически во всех областях жизнедеятельности современного человека.
Электромагнитные устройства
В науке применяют такие устройства, как:
- Электромагниты.
- Генераторы.
- Электромагнитные клапаны.
Они используются для генерации электромагнитного поля, создаваемого с той или иной целью.
Магнитно-резонансная томография (МРТ)
Благодаря сильным магнитным полям стало возможным видеть изображения внутренних органов.
Магнитные сепараторы
Сепараторы позволяют разделять предметы на магнитные и немагнитные. Эти инструменты нашли широкое применение в промышленном производстве.
Магнитные карты
Магнитные карты отличаются от обычных тем, что применяются для определения направления магнитного поля по всей планете.
Компасы
Принцип работы компаса несложно понять. Он позволяет определить, где находится север, а где — юг. Направление магнитных линий меняется в зависимости от местоположения человека.
Декор
Магниты также применяют в декорировании помещений. Из них делают наклейки для холодильника, брелоки и так далее.
Динамики
Динамики издают звук именно благодаря силе магнита. Он позволяет трансформировать электрическую энергию в звук.
Телевизоры, компьютеры, телефоны
Технология изготовления цифровой техники основана на использовании магнитного поля.
Бытовая техника
Без знания свойств магнитного поля невозможно производство кранов, дверей холодильника, электрических звонков и многого другого. Технология изготовления цифровой техники также основана на использовании магнитного поля.
Правило Ленца
На самом деле, всяких направлений так много, что легко заблудиться. Давайте разберемся, что происходит в проводящем кольце, когда в него вносят или наоборот выносят магнит.
Когда магнит находится в положении как на рисунке, он создает магнитные линии, которые направлены от севера к югу. То есть вектор магнитной индукции внутри кольца будет направлен влево.
Если магнит движется по направлению к кольцу, то магнитное поле будет усиливаться, а изменение значения вектора магнитной индукции будет направлено влево. Тогда внутри магнита должен создастся индукционный ток такого направления и такой величины, чтобы создать магнитное поле, компенсирующее это изменение, то есть вектор магнитной индукции которого будет направлен вправо, то есть кольцо отталкивается от магнита.
Правилом правой руки определяем направление индукционного тока (большой палец по направлению вектора магнитной индукции, четыре — направление индукционного тока). Ток идет по направлению 1-2-3.
Когда магнит отодвигают от кольца, изменение значения вектора магнитной индукции будет направлено вправо, соответственно вектор магнитной индукции, компенсирующего магнитного поля будет направлен влево, кольцо начнет притягиваться, ток пойдет по пути 3-2-1.