вокруг прямого проводника с током существует магнитное поле магнитные линии которого направлены так
Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии. 8 класс. Физика.
Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии. 8 класс. Физика.
Вопросы
Задай свой вопрос по этому материалу!
Поделись с друзьями
Комментарии преподавателя
Магнитное поле
Магнитное действие электрического тока наблюдается всегда, когда существует электрический ток. Проявляется магнитное действие, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Чтобы изучить магнитное действие тока, воспользуемся магнитной стрелкой. (Она, как известно, является главной частью компаса.) Напомним, что у магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный. Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.
Магнитную стрелку ставят на остриё, чтобы она могла свободно поворачиваться.
Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.
Эрстед Ханс Кристиан (1777—1851)
Датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что при вело к возникновению новой области физики — электромагнетизма.
Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (рис.). При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения (на рисунке показано пунктиром). При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Рис. Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
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, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, вокруг движущихся зарядов, т. е. 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 этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».
Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии
Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.
В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.
На рисунке изображена картина магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки рас полагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.
Рис. Картина магнитного поля проводника с током
Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.
Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля.
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.
С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию.
Рис. Расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током
На рисунке а показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нём направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. б; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой). Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.
Домашняя работа.
Задание 1. Ответь на вопросы.
Задание 2. Проведите опыт.
ОПЫТЫ
С ЖЕЛЕЗНЫМИ ОПИЛКАМИ
Возьмите магнит любой формы, накройте его куском тонкого картона,
посыпьте сверху железными опилками и разровняйте их.
Так интересно наблюдать магнитные поля!
Ведь каждая «опилочка», словно магнитная стрелка, располагается вдоль магнитных линий.
Таким образом становятся «видимыми» магнитные линии магнитного поля вашего магнита.
При передвижении картона над магнитом (или наоборот магнита под картоном)
опилки начинают шевелиться, меняя узоры магнитного поля.
К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.
Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии
Урок 34. Физика 8 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии»
На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в различных средах.
Однако мы до сих пор с вами так и не сказали, что же такое магнитное поле.
Подобно другим физическим полям, магнитное поле не действует на наши органы чувств. Однако реальность его существования проявляется, например, в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые принято называть магнитными силами.
Для обнаружения магнитных свойств любых веществ используют магнитную стрелку, которая, как известно, является основным элементом любого компаса.
У неё имеется два полюса: северный и южный, которые окрашены в традиционные цвета — синий и красный соответственно. Линия, которая соединяет полюса магнитной стрелки, называется её осью. Для того, чтобы стрелка могла свободно вращаться, её подвешивают на нити или укрепляют на острие.
Теперь давайте выясним, как связаны между собой электричество и магнетизм? Для этого проделаем такой опыт. Поднесём к магнитной стрелке наэлектризованную стеклянную палочку — стрелка останется неподвижной. Взаимодействия нет.
Не будет взаимодействия, если к стрелке поднести отрицательно заряженную эбонитовую палочку.
Можно ли на основании этих опытов говорить об отсутствии всякой связи магнетизма и электричества? Конечно, нет. Между магнетизмом и электричеством существует теснейшая связь, что можно подтвердить опытом, который провёл в 1820 г. датский физик Х. К. Эрстед. Установка состоит из магнитной стрелки, укреплённой на острие, и проводника, соединённого с источником тока.
До включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с севера на юг. Проводник располагают над магнитной стрелкой, параллельно ей. Замкнув цепь, мы увидим, как магнитная стрелка начнёт поворачиваться, пока не установится перпендикулярно проводнику с током.
Разомкнём цепь — стрелка возвращается в своё исходное положение.
Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то, стрелка также поворачивается и устанавливается перпендикулярно к проводнику, но уже в противоположном направлении.
Таким образом, можно говорить о том, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником с током. Следовательно, вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.
Опыт Эрстеда вызвал необычайный интерес у физиков того времени. Раньше электрические и магнитные явления рассматривались как совершенно независимые. Открытие Эрстеда обнаружило взаимосвязь между ними. На основании многочисленных опытов было установлено, что во всех случаях при движении заряженных частиц обязательно появляется магнитное поле, независимо от рода проводника или среды, в которой эти частицы движутся.
Таким образом, на основании проведённых опытов, мы можем сделать очень важный вывод: неподвижные электрические заряды порождают только электрическое поле, которое не действует на магнитную стрелку. Вокруг движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует как электрическое, так и магнитное поле.
Существование магнитного поля вокруг проводника с током можно обнаружить множеством способов. На практике удобнее использовать мелкие железные опилки, насыпанные на картонный или пластиковый экран.
Изучим магнитное поле прямого проводника с током. Для этого сквозь лист картона пропустим проводник, соединённый с источником тока. Насыплем на картон тонкий слой железных опилок. При включении тока железные опилки под действием магнитного поля переориентируются, показывая картину линий магнитного поля.
Обратите внимание на то, что эти линии представляют собой замкнутые концентрические окружности, центром которых является сам проводник с током.
Несколько изменим опыт: вместо металлических опилок поставим на лист картона магнитные стрелки. При замыкании электрической цепи стрелки расположатся вдоль линий магнитного поля.
Рассмотрим ещё один опыт. Расположим магнитные стрелки вокруг проводника с током, имеющего форму витка. Замкнув цепь увидим, что, как и в предыдущем опыте, стрелки в магнитном поле расположились вдоль линий магнитного поля, но ориентированы они по-разному.
Объясняется это тем, что в левой части установки ток «выходит» из листа, а в правой — «входит» в него.
Исходя из результатов опыта, мы можем утверждать, что линии магнитного поля имеют определённое направление, которое связано с направлением тока в проводнике.
Принято считать, что направление линий магнитного поля в каждой точке совпадает с направлением, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённый в эту точку поля.
Направление линий магнитного поля можно определить и иначе, например, с помощью правила правой руки: если обхватить проводник с током ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был сонаправлен с током, то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.
В физике для определения направления линий магнитного поля используют правило буравчика, или правило правого винта: если вращать ручку буравчика (головку винта или шурупа с правой нарезкой) так, чтобы его остриё двигалось по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока.
И ещё об одном. Для графического обозначения направления тока в проводнике, перпендикулярного плоскости чертежа, пользуются следующим приёмом. Если ток направлен от нас за чертёж, то его обозначают крестиком, если наоборот, то есть из-за чертежа к нам, — то точкой.
Мысленно это можно представить следующим образом: каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — остриё стрелы, летящей к нам.
Магнитное поле
Рассмотрим опыт, проделанный датским учёным Х. Эрстедом в 1820 г. Взгляните на рисунок. В штативе закреплён провод, концы которого можно подключать к источнику постоянного тока. Рядом с проводом находится стрелка от компаса, надетая на иглу. Пока в проводе тока нет, стрелка указывает на север (рис. «а»). Теперь подключим концы провода к источнику тока. Мы увидим, что стрелка сразу же отвернётся от провода (см. рис. «б»). Стрелку можно переместить и в другое место вблизи провода, однако результат будет тем же: при включении тока стрелка будет поворачиваться, располагаясь перпендикулярно проводу.
 |
Объясним эти наблюдения. Так как стрелка отклоняется, находясь в любом месте вблизи провода, значит, в пространстве вокруг провода существует силовое поле. Точнее говоря, в пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле. Знакомство с ним мы начали в § 8-з, описав существование магнитного действия тока.
Метод силовых линий, рассмотренный нами в § 8-д, применяют как для описания электрических, так и для описания магнитных полей. При этом силовыми линиями магнитного поля называют воображаемые линии, вдоль которых располагалась бы магнитная стрелка, помещаемая в различные точки этого поля. Рассмотрим пример.
 |
На рисунке «в» изображена одна и та же магнитная стрелка, помещаемая в разных точках вокруг провода без тока на одинаковых расстояниях от него (см. опыт «а», вид сверху, зелёным кружком обозначен провод). Магнитная стрелка указывает в одну и ту же сторону (на север).
На рисунке «г» – та же стрелка, помещаемая в тех же точках вокруг провода с током в нём (см. опыт «б»). Ток условно показан красным крестиком внутри зелёного круга. Каждое положение стрелки перпендикулярно проводу, а вместе эти положения образуют окружность.
Продолжим изучение магнитного поля прямого проводника с током методом силовых линий. Пустим по проводу ток силой 5–10 А, вставив его в отверстие в листе картона, а сверху будем аккуратно сыпать мелкие железные опилки. Мы увидим, что они располагаются в виде окружностей, опоясывающих проводник (рис. «д»).
 |
Такие линии образуются потому, что опилки намагничиваются и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелочкам: располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля, они разворачиваются, образуя множество кольцеобразных цепочек. Итак, силовые линии магнитного поля прямого проводника с током являются концентрическими окружностями, опоясывающими проводник.
Направлением силовой линии магнитного поля принято считать направление, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Например, на рис. «г» расположение северных концов показывает, что силовые линии поля направлены по ходу часовой стрелки.
 |
Если же изменить полярность подключения концов провода к «+» и «–», то стрелки развернутся на 180°, и силовые линии поля будут направлены против хода часовой стрелки (см. рис. «е»). В этом случае ток идёт из-за страницы к нам, что условно обозначено точкой внутри зелёного круга, символизирующего провод. Поэтому концы стрелки развернулись на 180° по сравнению с предыдущим опытом со стрелками (см. рис. «г»).
Для определения направления силовых линий магнитного поля прямого проводника с током есть специальные правила. Правило правой руки: если прямой проводник обхватить ладонью так, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока в проводнике, то оставшиеся пальцы укажут направление силовых линий магнитного поля. Это же правило известно и как «правило правого буравчика»: если буравчик с правой резьбой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля.
Магнитное поле. Линии
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: взаимодействие магнитов, магнитное поле проводника с током.
Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.
Взаимодействие магнитов
На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.
• Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.
• Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.
• Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).
Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей — аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.
По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.
Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.
Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.
Линии магнитного поля
Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.
1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии.
2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии.
3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства.
Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.
Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1 ).
Рис. 1. Поле постоянного магнита
Опыт Эрстеда
Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.
Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.
Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2 (изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока. Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма. Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи.
Рис. 2. Опыт Эрстеда
Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.
Магнитное поле прямого провода с током
Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3 ).
Рис. 3. Поле прямого провода с током
Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.
Правило винта (или правило буравчика, или правило штопора — это уж кому что ближе ;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока.
Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).
Магнитное поле витка с током
Картина линий поля нашего витка будет иметь приблизительно следующий вид (рис. 4 ).
Рис. 4. Поле витка с током
Нам будет важно уметь определять, в какое полупространство (относительно плоскости витка) направлено магнитное поле. Снова имеем два альтернативных правила.
Правило часовой стрелки. Линии поля идут туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки.
Правило винта. Линии поля идут туда, куда будет перемещаться винт (с обычной правой резьбой), если вращать его в направлении тока.
Как видите, ток и поле меняются ролями — по сравнению с формулировками этих правил для случая прямого тока.
Магнитное поле катушки с током
Рис. 5. Катушка (соленоид)
Магнитное поле одного витка, как мы знаем, выглядит не очень-то просто. Поля? отдельных витков катушки накладываются друг на друга, и, казалось бы, в результате должна получиться совсем уж запутанная картина. Однако это не так: поле длинной катушки имеет неожиданно простую структуру (рис. 6 ).
Рис. 6. поле катушки с током
На этом рисунке ток в катушке идёт против часовой стрелки, если смотреть слева (так будет, если на рис. 5 правый конец катушки подключить к «плюсу» источника тока, а левый конец — к «минусу»). Мы видим, что магнитное поле катушки обладает двумя характерными свойствами.
1. Внутри катушки вдали от её краёв магнитное поле является однородным : в каждой точке вектор магнитной индукции одинаков по величине и направлению. Линии поля — параллельные прямые; они искривляются лишь вблизи краёв катушки, когда выходят наружу.
2. Вне катушки поле близко к нулю. Чем больше витков в катушке — тем слабее поле снаружи неё.
Заметим, что бесконечно длинная катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным.
Ничего не напоминает? Катушка является «магнитным» аналогом конденсатора. Вы же помните, что конденсатор создаёт внутри себя однородное электрическое поле, линии которого искривляются лишь вблизи краёв пластин, а вне конденсатора поле близко к нулю; конденсатор с бесконечными обкладками вообще не выпускает поле наружу, а всюду внутри него поле однородно.
Гипотеза Ампера. Элементарные токи
Поначалу думали, что взаимодействие магнитов объясняется особыми магнитными зарядами, сосредоточенными на полюсах. Но, в отличие от электричества, никто не мог изолировать магнитный заряд; ведь, как мы уже говорили, не удавалось получить по отдельности северный и южный полюс магнита — полюса всегда присутствуют в магните парами.
Сомнения насчёт магнитных зарядов усугубил опыт Эрстеда, когда выяснилось, что магнитное поле порождается электрическим током. Более того, оказалось, что для всякого магнита можно подобрать проводник с током соответствующей конфигурации, такой, что поле этого проводника совпадает с полем магнита.
Ампер выдвинул смелую гипотезу. Нет никаких магнитных зарядов. Действие магнита объясняется замкнутыми электрическими токами внутри него.
Что это за токи? Эти элементарные токи циркулируют внутри атомов и молекул; они связаны с движением электронов по атомным орбитам. Магнитное поле любого тела складывается из магнитных полей этих элементарных токов.
Элементарные токи могут быть беспорядочным образом расположены друг относительно друга. Тогда их поля взаимно погашаются, и тело не проявляет магнитных свойств.
Но если элементарные токи расположены согласованно,то их поля,складываясь,усиливают друг друга. Тело становится магнитом (рис. 7 ; магнитое поле будет направлено на нас; также на нас будет направлен и северный полюс магнита).
Рис. 7. Элементарные токи магнита
Гипотеза Ампера об элементарных токах прояснила свойства магнитов.Нагревание и тряска магнита разрушают порядок расположения его элементарных токов, и магнитные свойства ослабевают. Неразделимость полюсов магнита стала очевидной: в месте разреза магнита мы получаем те же элементарные токи на торцах. Способность тела намагничиваться в магнитном поле объясняется согласованным выстраиванием элементарных токов, «поворачивающихся» должным образом (о повороте кругового тока в магнитном поле читайте в следующем листке).
Гипотеза Ампера оказалась справедливой — это показало дальнейшее развитие физики. Представления об элементарных токах стали неотъемлемой частью теории атома, разработанной уже в ХХ веке — почти через сто лет после гениальной догадки Ампера.