Что называется линиями магнитной индукции: Что называется линиями магнитной индукции?

Содержание

Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Подробности
Просмотров: 990

«Физика — 11 класс»

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля.
Напряженность электрического поля — это величина векторная. Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией.
Магнитная индукция — это векторная величина, она обозначается буквой .

Направление вектора магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукци принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.

Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности, плоскость которой перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.

Правило буравчика

Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции

Магнитное поле можно показать с помощью линий магнитной индукции.
Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором в данной точке поля. Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

Линии магнитной индукции можно сделать видимыми, воспользовавшись железными опилками.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Для пряого проводника с током линии магнитной индукции являются концентрическими окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.

Магнитное поле катушки с током (соленоида)

Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным.
Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга.

Магнитное поле Земли

Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида.
Магнитная ось Земли составляет с осью вращения Земли угол 11,5°.
Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.

Вихревое поле

Силовые линии электростатического поля всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

А линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца, они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми.
Магнитное поле — вихревое поле.
Магнитное поле не имеет источников.
Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.

Итак, магнитное поле — это вихревое поле, в каждой его точке вектор магнитной индукции указывает магнитная стрелка, направление вектора магнитной индукции можно определить по правилу буравчика.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Магнитное поле и взаимодействие токов — Магнитная индукция. Линии магнитной индукции — Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера — Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель — Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца — Магнитные свойства вещества — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

Урок Тема Индукция магнитного поля

Тема: Индукция магнитного поля.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

План занятия:

  1. Организационный этап. (1 мин.)

  2. Этап постановки целей и задач урока. (3 мин.)

  3. Этап актуализации опорных знаний. (7 мин.).

  4. Этап изучения новых знаний и способов деятельности.(16 мин).

  5. Этап первичной проверки понимания изученного. (6 мин.)

  6. Этап проверки уровня усвоения изученного материала

( 8 мин.)

  1. Рефлексия. (2 мин.)

  2. Заключительный этап. (2 мин.)

« Всякое знание остается мертвым, если у учащихся не развивается инициатива и самодеятельность»

Н.А. Умов.

Ход урока.

  1. Организационный этап.

Добрый день, друзья! Сегодня мы проводим урок по теме: « Индукция магнитного поля». Проводим мы его в необычной форме: желающие ученики будут у нас сегодня учителями.

  1. Этап постановки целей и задач урока.

У всех по 2 магнита, бумага и железные опилки. Попробуйте поднести большой магнит и маленький магнит к металлическим опилкам. Что мы заметим?

Почему большой магнит притягивает больше металлических опилок, а маленький меньше. Отчего это зависит? Посмотрите на тему урока и скажите, пожалуйста, какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле? (индукцией магнитного поля).

  1. Этап актуализации опорных знаний.

    1. Чем порождается магнитное поле?

    2. Чем создается магнитное поле постоянного магнита?

    3. Что такое магнитные линии?

    4. Сформулируйте правило буравчика.

      Что можно определить, используя правило буравчика?

    5. Сформулируйте правило правой руки для соленоида. Что можно определить с помощью правила правой руки?

    6. Как обнаруживается магнитное поле?

    7. Как читается правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током? Для движущихся в этом поле заряженной частицы?

Кадр 1. Заголовок: магнитная индукция. (магнитное поле Земли и пульсара).

1). Магнитное поле Земли.

2). В 1967 году радиоастрономами были зарегистрированы регулярные радиосигналы с периодичностью от миллисекунды до секунды, стабильность которых превосходила точность лучших атомных часов. Эти сигналы исходили от нейтронных звезд- пульсаров, оставшихся от взрыва. Пульсары напоминают вращающиеся магниты (см. рис.) Интенсивность излучения пульсара периодически изменяются из-за его вращения. Маловероятный, но закономерный процесс возникновения жизни во Вселенной образно охарактеризовал известный геолог Престо Клауд: «Звезды умерли, чтобы дать жизнь нам.

»

Кадр 2. Заголовок: Магнитное поле тока.

  • Каким полюсом будет обращена к нам магнитная стрелка(рис50) при направлении тока от А к В?

  • Каково направление тока в проводнике (рис51)?

Кадр 3. Заголовок: правило левой руки.

Кадр 4. Заголовок: Применение электромагнитов.

  • На рисунках даны схемы
    машины для очистки зерна от сорняков,
    автоматического электромагнитного предохранителя,
    Электромагнитного реле включения сильного тока.

  • Попробуйте объяснить, как они действуют.

1. При изучении темы вам необходимо ответить на вопросы:

  1. Как называется и каким символом обозначается векторная величина, которая служит количественной характеристикой магнитного поля?

  2. По какой формуле определяется модуль вектора магнитной индукции одного магнитного поля?

  3. Что принимается 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?

  1. Этап изучения новых знаний и способов деятельности.

Объяснение нового материала проводят ученики.

Кадр 5. Заголовок: Индукция магнитного поля.

Индукция магнитного поля.

Рассмотрим рисунок

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

Кадр 6 Заголовок: Модуль

  • 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 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

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.

Кадр 7. Заголовок: Однородное и неоднородное магнитное поле.

Однородные и неоднородные

магнитные поля

Рассмотрим рисунки

  1. Однородное магнитное поле

На рисунке показано однородное магнитное поле:

Линии магнитной индукции расположены параллельно и с одинаковой густотой и вектор магнитной индукции во всех произвольно выбранных точках поля одинаков и 1)по модулю и 2) по направлению.

2) Неоднородное магнитное поле

а) Магнитное поле б) магнитное поле тока

постоянного протекающего по полосового магнита прямолинейному

участку проводника

В неоднородном магнитном поле вектор магнитной индукции меняется от точки к точке.

Сравните точки 1 и 2 и 1 и 3, укажите изменения индукции магнитного поля

Определение: Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова. В противном случае называется неоднородным.

Кадр 8. Заголовок: Таблица.

Включаем: Пуск, все программы, open физика (откр. физика). электродинамика.

Показываю интерактивные модели: прямого тока, кругового тока, соленоида.

  1. Этап первичной проверки понимания изученного.

    1. Фронтальная проверка знаний.

1). Как называется (и каким символом обозначается) векторная величина, которая служит количественной характеристикой магнитного поля?

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?

    1. 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.

Через некоторое время силу тока в проводнике уменьшили в 2 раза. Изменилась ли при этом индукция магнитного поля, в котором был помещен проводник? Сопровождалось ли уменьшение силы тоже изменением какой – либо другой физической величины? Если да, то что это за величина и как она изменилась?

  1. Этап проверки уровня усвоения изученного материала.

Самостоятельная работа (задачи разной степени сложности по выбору учащихся).

1. Прямой проводник, длина которого =10см, масса =10г, подвешен горизонтально на двух легких проводящих нитях в однородном магнитном поле. Линии индукции магнитного поля направлены горизонтально и перпендикулярно проводнику. Сила тока, протекающего по проводнику = 4,2 А, индукция магнитного поля В= 0,1 Тл. Найдите силу натяжения нити.

2. прямой проводник длиной 15 см помещен в однородное магнитное поле с индукцией 0,4 Тл направленной перпендикулярно направлению тока. Сила тока протекающая по проводнику равна 6А. Найдите силу Ампера, действующую на проводник.

3. в однородном магнитном поле с индукцией 0,82Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции расположен проводник длиной 1,28м. Определите силу действующую на проводник, если сила тока в нем равна 18А.

проверка самостоятельной работы.

  1. Рефлексия.

Учитель: наш урок подходит к завершению. В той атмосфере и обстановке, в которой мы сегодня работали, каждый из вас чувствовал себя по-разному. Мне очень хотелось, чтобы вы оценили, насколько внутренне комфортно ощущал себя на этом уроке, каждый из вас, все вместе как класс и понравилось ли вам то дело, которым мы сегодня занимались.

Уходя, отметьте уровень своего настроения на уроке. А еще мне бы хочется услышать ваши отзывы о сегодняшнем уроке что вам понравилось, чем бы вы заняться еще?

Слово ученикам!

  1. Заключительный этап.

Учитель: мне очень понравилось с вами работать. Подведем итоги нашей работы на уроке. Поставим оценки себе и своим товарищам в оценочные бланки.

Виды деятельности на уроке

Оценочный лист

Оценка моей работы

5

4

3

2

Актуализация опорных знаний.

Изучение новой темы

Закрепление изученного материала

Самостоятельная работа на уроке

Домашняя работа: параграф 47, упр. 37(1,2) по Рымкевичу №831

Дополнительное задание: Касьянов физика 11 класса №3 стр. 75.

Литература:

    1. Перышкин А.В, Гутник Е.М. «Физика 9 класс», Дрофа, М. – 2002 год.

    2. Рымкевич А.П. «Сборник задач по физике», М. – 2002 год

    3. Касьянов В.А. «Физика 11 класс», Дрофа, М. – 2004 год.

    4. Касьянов В. А. «Физика 11 класс. Дополнительные главы», Дрофа, М. – 2006 год.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет — Сибстрин

Уже в эту субботу (30 октября) приглашаем на День открытых дверей НГАСУ (Сибстрин)!

30 октября 2021 года (суббота) вы сможете познакомиться с НГАСУ (Сибстрин), узнать все об образовательных программах и выбрать востребованную профессию, получить ответы на свои вопросы на Дне открытых дверей! День открытых дверей НГАСУ (Сибстрин) – это замечательная возможность получить представление об уникальной атмосфере, царящей в университете, узнать об основных образовательных программах, институтах и общежитиях, международной деятельности, студенческой жизни, вступительных испытаниях и особенностях приема в 2021 году. Для встречи мы подготовили насыщенную и интересную программу. С 13 до 17 часов вас ждут: Консультации по вопросам поступления Презентация направлений подготовки

График работы университета в нерабочие дни с 30 октября по 7 ноября

В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 20 октября 2021 г. № 595 «Об установлении на территории Российской Федерации нерабочих дней в октябре — ноября 2021 г.» в НГАСУ (Сибстрин) устанавливается следующий график работы: 1) Для студентов, профессорско-преподавательского состава, сотрудников, работающих по шестидневной рабочей неделе: 31.10.2021, 04.11.2021, 07.11.2021 – выходные и праздничные дни; 30.10.2021, с 01.11 по 03.11.2021, 05.11.2021, 06.11.2021 – нерабочие дни с сохранением заработной платы; 2) Для сотрудников, работающих по пятидневной рабочей неделе: 30.10.2021, 31.10.2021, с 04.11 по 07.11.2021 – выходные и праздничные дни; с 01.11 по 03.11.2021 – нерабочие дни с сохранением заработной платы; Остальные дни в ноябре – по графику.

НГАСУ (Сибстрин) – участник третьего Салона Сибирско-французского высшего образования

13 октября 2021 года в онлайн-формате состоялся круглый стол «Сотрудничество сибирских и французских вузов: проблемы и решения» Третьего Сибирско-французского салона высшего образования. Его цель – развитие и углубление имеющихся контактов между Францией и Сибирью в области высшего образования и вузовской науки, создание новых партнерских отношений. Основные организаторы мероприятия: Новосибирский государственный университет и Альянс Франсез – Новосибирск. Во встрече c российской стороны приняли участие университеты городов Сибири: Новосибирска (НГАСУ (Сибстрин), НГУ), Томска (ТГУ, ТПУ, ТУСУР), Иркутска (ИГУ, ИГМУ, ИРНИТУ, БГУ), Красноярска (СФУ), Тюмени (ТюмГУ).

Стройотряд «Сибстриновец» получил благодарность за участие во Всероссийской студенческой стройке «Мирный Атом – Прорыв»

Студенческий строительный отряд «Сибстриновец» им В.С. Гаврилова получил благодарность от руководства АО «Сибирский химический комбинат» за участие во Всероссийской студенческой стройке «Мирный Атом – Прорыв». Наши студенты работали на строительстве уникального реактора на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300 в ЗАТО Севервск в Томской области в год 25-летия топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом». В течении двух месяцев 18 студентов НГАСУ (Сибстрин) – бойцов стройотряда «Сибстриновец» им В.С. Гаврилова – показывали себя настоящими строителями, демонстрируя высокий профессионализм и добросовестное отношение при реализации поставленных задач, достойно представляя регион и наш университет на Всероссийской студенческой стройке. По итогам Всероссийской студенческой стройки «Мирный Атом – Прорыв» наш отряд удостоился звания лучшего по производительной деятельности.

линий магнитного поля | Блестящая вики по математике и науке

Земля :

Возможно, вы читали об разрушительных солнечных вспышках, вызванных солнечными бурями, или о прекрасных образцах ионизации, которые формируют северное сияние (Северное сияние). Оба эти явления связаны с магнитными полями планет и звезд. Земля действует как стержневой магнит, с одним очевидным отличием — размером.

Чтобы понять это, нам нужны некоторые теории, которые были предложены для объяснения этой магнитной природы Земли. \ text {th} В 17 веке китайские путешественники заметили, что с компасами в море шутят. Исследователи предположили, что вращение Земли и присутствие железа в мантии Земли могли вызвать этот аномальный магнетизм. Эти теории вскоре были опровергнуты и заменены теорией геодинамо, которая утверждает, что многие ионы движутся в мантии под поверхностью нашей Земли, тем самым создавая ток, который создает магнитное поле.

Обратите внимание: как и у любого стержневого магнита, наша Земля также имеет два полюса, с той разницей, что эти полюса не совпадают с нашими географическими северным и южным полюсами, и поэтому известны как магнитные полюса.Из свойств стержневых магнитов мы знаем, что силовые линии магнитного поля, ответственные за поле, берут начало на севере и заканчиваются на южном полюсе и, таким образом, представляют собой замкнутые контуры. Хотя иногда считают, что в ядре Земли находится огромный магнит, это совсем не так, но дает хорошую картину для тематического исследования.

Как упоминалось ранее, магнитное поле Земли отклоняет вредные солнечные вспышки, унося ионизированные частицы. Рассмотрим заряженную частицу, падающую от Солнца.Направляясь прямо к Земле, он встречает магнитное поле, перпендикулярное его движению, и отклоняется. Это создает своего рода защитный щит вокруг Земли и может выдерживать типичные солнечные вспышки. Эффект магнитного экранирования проиллюстрирован ниже:

Ускорители частиц :

Ускорители элементарных частиц используются для ускорения элементарных частиц и атомов до огромных скоростей, приближающихся к скорости света.Затем частицы сталкиваются, и продукты этих столкновений тщательно анализируются на предмет признаков гипотетических или полностью новых частиц. Ускорители также используются для генерации излучения, используемого при лечении рака, например, при протонной терапии.

Ускорители

бывают нескольких типов, основными из которых являются циклотрон и синхотрон.

Циклотрон :

Механизм циклотрона сочетает в себе постоянное магнитное поле с переключающимся электрическим полем, чтобы удерживать частицы на спиральных траекториях все увеличивающегося радиуса.2} {r} .qvB = mrv2.

Это означает, что qB / m = v / rqB / m = v / rqB / m = v / r. Поскольку частота траектории определяется выражением 2πr / v2 \ pi r / v2πr / v, это предполагает, что частота орбиты составляет всего 1 / T = 2πm / qB1 / T = 2 \ pi m / qB1 / T = 2πm / qB. Мы замечаем, что это не зависит от энергии или радиуса. Таким образом, частица любой энергии будет поддерживать частоту 1 / T1 / T1 / T, даже если ее энергия меняется! Мы можем использовать эту невероятную регулярность траектории (даже если она спиралевидная) для создания простого ускорителя.

Рассмотрим область, в которой мы поддерживаем постоянное магнитное поле с напряженностью BBB. Далее рассмотрим разделительную линию (граница между красным и синим на диаграмме ниже). Когда частицы находятся справа от этой линии, электрическое поле указывает влево, ускоряя их влево через зазор, а когда частицы находятся слева, поле указывает вправо, и они ускоряются вправо. Поскольку магнитное поле удерживает частицы на траекториях с постоянной частотой, частицы регулярно ускоряются до более высокой энергии каждый раз, когда они пересекают зазор и движутся по траекториям с увеличивающимся радиусом.

Рассматривая это во временной области, мы видим, что мы можем запитать этот ускоритель электрическим полем, которое меняет ориентацию каждые T = qB / 2πmT = qB / 2 \ pi mT = qB / 2πm секунд. Черная линия соответствует красно-синему интерфейсу выше.

Таким образом, используя переключающееся EEE-поле (направленное прямо через зазор) и однородное BBB-поле (ориентированное вертикально) в тандеме, мы можем ускорять заряженные частицы по спиральным траекториям, которые затем могут быть выпущены из ускорителя и использованы для последующего использования. цели (т.е. столкновения, терапия и др.)

Синхотрон :

Синхротрон — это усовершенствованная форма циклотрона; это тип кругового ускорителя, в котором дипольные магниты используются для направления движения частицы, а квадрупольные магниты используются для сохранения фокусировки пучка заряженных частиц.

Большой адронный коллайдер

Высокочастотное радиочастотное поле используется для передачи энергии частицам, и путь остается постоянным независимо от энергии.Различие между циклотроном и синхротроном видно из-за генерации синхротронного излучения.

Синхротронное излучение возникает, когда электрон высокой энергии (скорость приближается к скорости света) проходит через дипольный магнит и испытывает боковую силу, вызывающую центростремительное ускорение. На этом этапе электрон испускает интенсивное излучение, касательное к его траектории, известное как синхротронное излучение.

Фотон :

Фотоны, конечно же, являются фундаментальными квантами света; на данной частоте интенсивность светового потока может изменяться только с шагом одного фотона.. Это поле изменяется в пространстве и времени, что означает, что оно создает магнитное поле в соответствии с законом индукции Фарадея. Магнитное поле сдвигается на полпериода и колеблется перпендикулярно электрическому полю. Очевидно, что аргумент применим в обратном порядке (распространяющееся магнитное поле порождает перпендикулярно колеблющееся электрическое поле), так что они неразделимы.

Визуализируя этот результат, мы видим, что электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве, состоит из связанных полей EEE и BBB, колеблющихся поперек общей оси, которая является направлением волны.

Линии поля представляют собой стрелки, указывающие от оси распространения до амплитуды каждой волны.

20.1 Магнитные поля, силовые линии и сила — Физика

Цели обучения разделу

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Обобщите свойства магнитов и опишите, как некоторые немагнитные материалы могут намагничиваться
  • Описывать и интерпретировать рисунки магнитных полей вокруг постоянных магнитов и токоведущих проводов
  • Рассчитайте величину и направление магнитной силы в магнитном поле и силы, действующей на провод с током в магнитном поле.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

  • (5) Студент знает природу сил в физическом мире.Ожидается, что студент:
    • (G) исследуют и описывают взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Кроме того, лабораторное руководство по физике средней школы рассматривает содержание этого раздела лаборатории под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

  • (5) Научные концепции. Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
    • (ГРАММ) исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Раздел Основные термины

Магниты и намагничивание

Люди знали о магнитах и ​​магнетизме тысячи лет.Самые ранние записи относятся к древним временам, особенно в области Малой Азии под названием Магнезия — название этого региона является источником таких слов, как магнит . Магнитные породы, найденные в Магнезии, которая сейчас является частью западной Турции, вызвали интерес в древние времена. Когда люди впервые обнаружили магнитные породы, они, вероятно, обнаружили, что некоторые части этих пород притягивают куски железа или других магнитных пород сильнее, чем другие части. Эти области называются полюсами магнита.Магнитный полюс — это часть магнита, которая оказывает наибольшую силу на другие магниты или магнитный материал, например, железо. Например, полюса стержневого магнита, показанного на рисунке 20.2, являются местом сосредоточения скрепок.

Рис. 20.2 Стержневой магнит со скрепками, притянутыми к двум полюсам.

Если стержневой магнит подвешен так, что он свободно вращается, один полюс магнита всегда будет поворачиваться на север, а противоположный полюс — на юг. Это открытие привело к созданию компаса, который представляет собой просто небольшой удлиненный магнит, установленный так, чтобы он мог свободно вращаться.Пример компаса показан на рисунке 20.3. Полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом, а противоположный полюс магнита — южным.

Рис. 20.3 Компас — это удлиненный магнит, установленный в устройстве, которое позволяет магниту свободно вращаться.

Открытие того, что один полюс магнита ориентирован на север, а другой — на юг, позволило людям идентифицировать северный и южный полюса любого магнита. Затем было замечено, что северные полюса двух разных магнитов отталкиваются друг от друга, как и южные полюса.И наоборот, северный полюс одного магнита притягивает южный полюс других магнитов. Эта ситуация аналогична ситуации с электрическим зарядом, когда одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются. В магнитах мы просто заменяем заряд на полюс : подобные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Это показано на рисунке 20.4, на котором показано, как сила между магнитами зависит от их взаимной ориентации.

Рис. 20.4. В зависимости от их взаимной ориентации полюса магнита будут притягиваться друг к другу или отталкиваться.

Еще раз рассмотрим тот факт, что полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом магнита. Если противоположные полюса притягиваются, то магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Северному полюсу, должен быть магнитным южным полюсом! Точно так же магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Южному полюсу, должен быть магнитным северным полюсом. Эта ситуация изображена на рис. 20.5, на котором Земля представлена ​​как содержащая гигантский внутренний стержневой магнит с южным магнитным полюсом на географическом Северном полюсе и наоборот.Если бы мы каким-то образом подвесили гигантский стержневой магнит в космосе около Земли, то северный полюс космического магнита был бы притянут к южному полюсу внутреннего магнита Земли. По сути, именно это происходит со стрелкой компаса: ее северный магнитный полюс притягивается к южному полюсу внутреннего магнита Земли.

Рис. 20.5. Землю можно представить как содержащую гигантский магнит, проходящий через ее ядро. Южный магнитный полюс магнита Земли находится на географическом Северном полюсе, поэтому северный полюс магнитов притягивается к Северному полюсу, так северный полюс магнитов получил свое название.Точно так же южный полюс магнитов притягивается к географическому Южному полюсу Земли.

Что произойдет, если разрезать стержневой магнит пополам? Вы получаете один магнит с двумя южными полюсами и один магнит с двумя северными полюсами? Ответ отрицательный: каждая половина стержневого магнита имеет северный и южный полюсы. Вы даже можете продолжить разрезать каждую часть стержневого магнита пополам, и вы всегда получите новый магнит меньшего размера с двумя противоположными полюсами. Как показано на рисунке 20.6, вы можете продолжить этот процесс вплоть до атомного масштаба, и вы обнаружите, что даже самые маленькие частицы, которые ведут себя как магниты, имеют два противоположных полюса.Фактически, ни в одном эксперименте не было обнаружено никаких объектов с одним магнитным полюсом, от мельчайших субатомных частиц, таких как электроны, до самых больших объектов во Вселенной, таких как звезды. Поскольку магниты всегда имеют два полюса, их называют магнитными диполями — di означает два . Ниже мы увидим, что магнитные диполи обладают свойствами, аналогичными электрическим диполям.

Рис. 20.6. Все магниты имеют два противоположных полюса, от самых маленьких, таких как субатомные частицы, до самых больших, таких как звезды.

Смотреть Physics

Введение в магнетизм

Это видео представляет интересное введение в магнетизм и обсуждает, в частности, как электроны вокруг своих атомов вносят вклад в наблюдаемые нами магнитные эффекты.

Проверка захвата

К какому магнитному полюсу Земли притягивается северный полюс стрелки компаса?

  1. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  2. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  3. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.
  4. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.

Только некоторые материалы, такие как железо, кобальт, никель и гадолиний, обладают сильными магнитными эффектами.Такие материалы называются ферромагнетиками, после латинского слова ferrum , обозначающего железо. Другие материалы обладают слабыми магнитными эффектами, которые можно обнаружить только с помощью чувствительных инструментов. Ферромагнитные материалы не только сильно реагируют на магниты — так, как железо притягивается к магнитам, — но они также могут намагничиваться сами, то есть их можно вызвать намагничиванием или превратить в постоянные магниты (рис. 20.7). Постоянный магнит — это просто материал, который сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени даже при воздействии размагничивающих воздействий.

Рис. 20.7 Немагниченный кусок железа помещается между двумя магнитами, нагревается, а затем охлаждается или просто постукивается в холодном состоянии. Утюг становится постоянным магнитом с выровненными полюсами, как показано: его южный полюс примыкает к северному полюсу исходного магнита, а его северный полюс примыкает к южному полюсу исходного магнита. Обратите внимание, что силы притяжения создаются между центральным магнитом и внешними магнитами.

Когда магнит приближается к ранее не намагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами, расположенными ближе всего, как на правой стороне рисунка 20. 7. Это вызывает силу притяжения, поэтому немагнитное железо притягивается к магниту.

То, что происходит в микроскопическом масштабе, показано на Рисунке 7 (а). Области внутри материала, называемые доменами, действуют как маленькие стержневые магниты. Внутри доменов выровнены магнитные полюса отдельных атомов. Каждый атом действует как крошечный стержневой магнит. В немагнитном ферромагнитном объекте домены имеют небольшие размеры и ориентированы случайным образом. В ответ на внешнее магнитное поле домены могут вырасти до миллиметрового размера, выстраиваясь, как показано на рисунке 7 (b).Это индуцированное намагничивание можно сделать постоянным, если материал нагреть, а затем охладить, или просто постучать в присутствии других магнитов.

Рис. 20.8 (a) Немагниченный кусок железа или другой ферромагнитный материал имеет произвольно ориентированные домены. (б) При намагничивании внешним магнитом домены демонстрируют большее выравнивание, и некоторые из них растут за счет других. Отдельные атомы выровнены внутри доменов; каждый атом действует как крошечный стержневой магнит.

И наоборот, постоянный магнит можно размагнитить сильными ударами или нагреванием в отсутствие другого магнита.Повышенное тепловое движение при более высокой температуре может нарушить и изменить ориентацию и размер доменов. Для ферромагнитных материалов существует четко определенная температура, называемая температурой Кюри, выше которой они не могут намагничиваться. Температура Кюри для железа составляет 1043 К (770 ° C ° C), что намного выше комнатной температуры. Есть несколько элементов и сплавов, температура Кюри которых намного ниже комнатной, и ферромагнитные только ниже этих температур.

Snap Lab

Магниты на холодильник

Мы знаем, что подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Посмотрим, сможете ли вы показать это на примере двух магнитов на холодильник. Прилипнут ли магниты, если их перевернуть? Почему они вообще прилепляются к дверце холодильника? Что вы можете сказать о магнитных свойствах дверцы холодильника возле магнита? Магниты на холодильник прилипают к металлическим или пластиковым ложкам? Прилипают ли они ко всем типам металла?

Подставка для учителя
Подставка для учителя

Удерживание магнитного поля рядом с немагнитным ферромагнитным материалом приведет к магнитной поляризации ферромагнитного материала, что приведет к ориентации атомных магнитных диполей по направлению к внешнему магниту. Это похоже на электрическую поляризацию. Таким образом, ферромагнитный материал намагничивается в присутствии внешнего магнита, и два магнита притягиваются друг к другу. Чтобы магнит прилипал к дверце холодильника, дверца должна содержать какой-то ферромагнитный материал. Магниты будут прилипать к ложкам из железа, например к ложкам с железом, но не к ложкам из цветных металлов, таким как ложки из алюминия или серебра, и не будут прилипать к магниту. Магниты также не будут прилипать к пластиковым ложкам.

Проверка захвата

У вас есть один магнит с обозначенными северным и южным полюсами.Как вы можете использовать этот магнит для определения северного и южного полюсов других магнитов?

  1. Если северный полюс известного магнита отталкивается полюсом неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.
  2. Если северный полюс известного магнита притягивается к полюсу неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.

Магнитные поля

Таким образом, мы увидели, что силы могут применяться между магнитами и между магнитами и ферромагнитными материалами без какого-либо контакта между объектами.Это напоминает электрические силы, которые действуют на расстоянии. Электрические силы описываются с использованием концепции электрического поля, которое представляет собой силовое поле вокруг электрических зарядов, которое описывает силу, действующую на любой другой заряд, помещенный в это поле. Точно так же магнит создает вокруг себя магнитное поле, которое описывает силу, действующую на другие магниты, помещенные в это поле. Как и в случае с электрическими полями, графическое представление силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.

Как показано на рисунке 20.9, направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный полюс стрелки компаса. Если вы поместите компас рядом с северным полюсом магнита, северный полюс стрелки компаса будет отталкиваться и указывать в сторону от магнита. Таким образом, силовые линии магнитного поля направлены от северного полюса магнита к его южному полюсу.

Рисунок 20.9 Черные линии представляют силовые линии магнитного поля стержневого магнита.Линии поля указывают в направлении, в котором будет указывать северный полюс небольшого компаса, как показано слева. Силовые линии магнитного поля никогда не прекращаются, поэтому силовые линии фактически проникают в магнит, образуя полные петли, как показано справа.

Силовые линии магнитного поля можно нанести на карту с помощью небольшого компаса. Компас перемещается от точки к точке вокруг магнита, и в каждой точке проводится короткая линия в направлении стрелки, как показано на рисунке 20.10. Соединение линий вместе показывает путь линии магнитного поля.Другой способ визуализировать силовые линии магнитного поля — это рассыпать железные опилки вокруг магнита. Опилки будут ориентироваться вдоль силовых линий магнитного поля, образуя узор, подобный изображенному справа на рис. 20.10.

Виртуальная физика

Использование компаса для построения карты магнитного поля

Эта симуляция представляет вам стержневой магнит и небольшой компас. Начните с перетаскивания компаса вокруг стержневого магнита, чтобы увидеть, в каком направлении направлено магнитное поле.Обратите внимание, что сила магнитного поля представлена ​​яркостью значков магнитного поля в сетке вокруг магнита. Используйте измеритель магнитного поля, чтобы проверить напряженность поля в нескольких точках вокруг стержневого магнита. Вы также можете изменить полярность магнита или поместить Землю на изображение, чтобы увидеть, как компас ориентируется.

Проверка захвата

С помощью ползунка в правом верхнем углу окна моделирования установите напряженность магнитного поля на 100 процентов.Теперь используйте измеритель магнитного поля, чтобы ответить на следующий вопрос: где магнитное поле самое сильное, а где самое слабое возле магнита? Не забудьте проверить стержневой магнит изнутри.

  1. Магнитное поле самое сильное в центре и самое слабое между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом. Силовые линии магнитного поля наиболее плотные в центре и наименее плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
  2. Магнитное поле самое сильное в центре и самое слабое между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.Линии магнитного поля наименее плотны в центре и наиболее плотны между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
  3. Магнитное поле самое слабое в центре и самое сильное между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом. Силовые линии магнитного поля наиболее плотные в центре и наименее плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.
  4. Магнитное поле самое слабое в центре и самое сильное между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом, а силовые линии магнитного поля наименее плотные в центре и самые плотные между двумя полюсами сразу за стержневым магнитом.

Рисунок 20. 10 Силовые линии магнитного поля можно нарисовать, перемещая небольшой компас от точки к точке вокруг магнита. В каждой точке проведите короткую линию в направлении стрелки компаса. Соединение точек вместе показывает путь линий магнитного поля. Другой способ визуализировать силовые линии магнитного поля — это рассыпать железные опилки вокруг магнита, как показано справа.

Когда два магнита сближаются, силовые линии магнитного поля возмущаются, как это происходит с силовыми линиями электрического поля, когда два электрических заряда сближаются.Соединение двух северных полюсов или двух южных полюсов вызовет отталкивание, и силовые линии магнитного поля будут отклоняться друг от друга. Это показано на рисунке 20.11, где показаны силовые линии магнитного поля, созданные двумя близко расположенными северными полюсами стержневого магнита. Когда противоположные полюса двух магнитов сводятся вместе, силовые линии магнитного поля соединяются и становятся более плотными между полюсами. Эта ситуация показана на рисунке 20. 11.

Рис. 20.11 (a) Когда два северных полюса сближаются, силовые линии магнитного поля отталкиваются друг от друга, и два магнита испытывают силу отталкивания.То же самое происходит, если два южных полюса сближаются. (b) Если противоположные полюса сближаются, силовые линии магнитного поля между полюсами становятся более плотными, и магниты испытывают силу притяжения.

Подобно электрическому полю, магнитное поле сильнее там, где линии более плотные. Таким образом, между двумя северными полюсами на рисунке 20.11 магнитное поле очень слабое, потому что плотность магнитного поля почти равна нулю. Компас, помещенный в эту точку, по сути, будет свободно вращаться, если мы не будем учитывать магнитное поле Земли.И наоборот, силовые линии магнитного поля между северным и южным полюсами на рисунке 20.11 очень плотные, что указывает на то, что магнитное поле в этой области очень сильное. Компас, помещенный здесь, быстро выровнялся бы с магнитным полем и указывал бы на южный полюс справа.

Поддержка учителей

Поддержка учителей
Предупреждение о неправильном представлении

Плотность силовых линий магнитного поля на рисунке 20.11 указывает величину силы, которая будет приложена к небольшому испытательному магниту, помещенному в это поле.Плотность не указывает силу между двумя магнитами, создающими поле. Величина силы между двумя магнитами одинакова в обоих случаях на рисунке 20.11. Это можно понять, представив, что вы помещаете один из магнитов в поле другого магнита. Эта ситуация симметрична: магнитные поля выглядят одинаково — за исключением направления — для обеих ситуаций, показанных на рисунке 20.11. Поскольку магниты имеют одинаковую силу, они возмущают магнитное поле противоположного магнита, поэтому магнитное поле необходимо исследовать с помощью небольшого магнитного поля, такого как компас.

Обратите внимание, что магниты — не единственное, что создает магнитные поля. В начале девятнадцатого века люди обнаружили, что электрические токи вызывают магнитные эффекты. Первое важное наблюдение было сделано датским ученым Гансом Кристианом Эрстедом (1777–1851), который обнаружил, что стрелка компаса отклоняется проводом с током. Это было первое существенное свидетельство того, что движение электрических зарядов имеет какую-либо связь с магнитами. Электромагнит — это устройство, которое использует электрический ток для создания магнитного поля.Эти временно индуцированные магниты называются электромагнитами. Электромагниты используются во всем: от крана для разборки металлолома, который поднимает сломанные автомобили, до управления пучком ускорителя частиц с окружностью 90 км и магнитов в машинах для медицинской визуализации (см. Рис. 20.12).

Рисунок 20.12 Прибор для магнитно-резонансной томографии (МРТ). В устройстве используется электромагнит с цилиндрической катушкой для создания основного магнитного поля. Пациент проходит в туннель на каталке. (предоставлено Биллом МакЧесни, Flickr)

Магнитное поле, создаваемое электрическим током в длинном прямом проводе, показано на рисунке 20.13. Силовые линии магнитного поля образуют концентрические круги вокруг провода. Направление магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки . Это правило проявляется в нескольких местах при изучении электричества и магнетизма. Применительно к прямому токонесущему проводу правило правой руки гласит, что когда большой палец правой руки направлен в направлении тока, магнитное поле будет в том направлении, в котором изгибаются ваши пальцы правой руки, как показано на рисунке 20.13. Если провод очень длинный по сравнению с расстоянием r от провода, сила магнитного поля B будет равна

. B прямой = μ0I2πrB прямой = μ0I2πr

20,1

, где I — ток в проводе в амперах. Единицей измерения магнитного поля в системе СИ является тесла (Тл). Символ μ0μ0 — читается как «мю-ноль» — это константа, называемая «проницаемостью свободного пространства», и задается как

. μ0 = 4π × 10−7T⋅m / A. μ0 = 4π × 10−7T⋅m / A.

20,2

Рисунок 20.13 На этом изображении показано, как использовать правило правой руки для определения направления магнитного поля, создаваемого током, протекающим по прямому проводу. Направьте большой палец правой руки в направлении тока, и магнитное поле будет в том направлении, в котором изгибаются ваши пальцы.

Watch Physics

Магнитное поле, создаваемое электрическим током

В этом видео описывается магнитное поле, создаваемое прямым проводом с током. Он переходит к правилу правой руки для определения направления магнитного поля, а также представляет и обсуждает формулу для силы магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током.

Проверка захвата

Длинный прямой провод кладут на столешницу, и электрический ток течет по нему справа налево. Если вы посмотрите на конец провода с левого конца, магнитное поле движется по часовой стрелке или против часовой стрелки?

  1. Если направить большой палец правой руки в направлении, противоположном току, пальцы правой руки будут сгибаться против часовой стрелки, поэтому магнитное поле будет направлено против часовой стрелки.
  2. Если направить большой палец правой руки в направлении, противоположном току, пальцы правой руки будут изгибаться по часовой стрелке, поэтому магнитное поле будет в направлении по часовой стрелке.
  3. Если направить большой палец правой руки в направлении тока, пальцы правой руки будут сгибаться против часовой стрелки, поэтому магнитное поле будет направлено против часовой стрелки.
  4. Если направить большой палец правой руки в направлении тока, пальцы правой руки будут изгибаться по часовой стрелке, поэтому магнитное поле будет направлено по часовой стрелке.

Теперь представьте, что наматывается проволока на цилиндр, после чего цилиндр снят. В результате получается катушка с проволокой, как показано на рисунке 20.14. Это называется соленоидом. Чтобы найти направление магнитного поля, создаваемого соленоидом, примените правило правой руки к нескольким точкам катушки. Вы должны убедиться, что внутри катушки магнитное поле направлено слева направо. Фактически, еще одно применение правила правой руки — сгибать пальцы правой руки вокруг катушки в направлении, в котором течет ток. Затем ваш большой палец правой руки указывает в направлении магнитного поля внутри катушки: в данном случае слева направо.

Рисунок 20.14 Проволочная катушка, через которую проходит ток, как показано, создает магнитное поле в направлении красной стрелки.

Каждая петля из проволоки создает магнитное поле внутри соленоида. Поскольку силовые линии магнитного поля должны образовывать замкнутые петли, силовые линии замыкают петлю за пределами соленоида. Силовые линии магнитного поля внутри соленоида намного плотнее, чем вне соленоида. Результирующее магнитное поле очень похоже на магнитное поле стержневого магнита, как показано на рисунке 20.15. Напряженность магнитного поля внутри соленоида

. Bsolenoid = μ0NIℓ, Bsolenoid = μ0NIℓ,

20,3

, где N — количество витков в соленоиде, а ℓℓ — длина соленоида.

Рис. 20.15. Железные опилки показывают картину магнитного поля вокруг (а) соленоида и (б) стержневого магнита. Картины полей очень похожи, особенно возле концов соленоида и стержневого магнита.

Виртуальная физика

Электромагниты

Используйте это моделирование для визуализации магнитного поля, созданного соленоидом.Обязательно щелкните вкладку с надписью «Электромагнит». Вы можете пропустить через соленоид переменный или постоянный ток, выбрав соответствующий источник тока. Используйте измеритель поля для измерения силы магнитного поля, а затем измените количество витков в соленоиде, чтобы увидеть, как это влияет на напряженность магнитного поля.

Проверка захвата

Выберите аккумулятор в качестве источника тока и установите количество витков на четыре. С ненулевым током, протекающим через соленоид, измерьте напряженность магнитного поля в точке.Теперь уменьшите количество проволочных петель до двух. Как изменится напряженность магнитного поля в выбранной вами точке?

  1. При уменьшении количества витков с четырех до двух напряженность магнитного поля не изменится.
  2. Напряженность магнитного поля уменьшается до половины своего исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
  3. Напряженность магнитного поля увеличивается вдвое от исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.
  4. Напряженность магнитного поля увеличивается в четыре раза от исходного значения, когда количество витков уменьшается с четырех до двух.

Магнитная сила

Если движущийся электрический заряд, то есть электрический ток, создает магнитное поле, которое может воздействовать на другой магнит, то по третьему закону Ньютона должно быть верно обратное. Другими словами, заряд, движущийся через магнитное поле, созданное другим объектом, должен испытывать силу — и это именно то, что мы находим.В качестве конкретного примера рассмотрим рисунок 20.16, на котором показан заряд q , движущийся со скоростью v → v → через магнитное поле B → B → между полюсами постоянного магнита. Величина F силы, испытываемой этим зарядом, равна

. F = qvBsinθ, F = qvBsinθ,

20,4

где θθ — угол между скоростью заряда и магнитным полем.

Направление силы можно найти с помощью другой версии правила правой руки: сначала мы соединяем хвосты вектора скорости и вектора магнитного поля, как показано на шаге 1 рисунка 20.16. Затем мы сгибаем пальцы правой руки от v → v → к B → B →, как показано в шаге (2) рисунка 20.16. Направление, в котором указывает большой палец правой руки, — это направление силы. Для заряда на рис. 20.16 мы обнаруживаем, что сила направлена ​​внутрь страницы.

Обратите внимание, что множитель sinθsinθ в уравнении F = qvBsinθF = qvBsinθ означает, что к заряду, движущемуся параллельно магнитному полю, приложена нулевая сила, поскольку θ = 0θ = 0 и sin0 = 0sin0 = 0. Максимальная сила, которую может испытывать заряд, — это когда он движется перпендикулярно магнитному полю, потому что θ = 90 ° θ = 90 °. и sin90 ° = 1.sin90 ° = 1.

Рис. 20.16 (а) Протон движется в однородном магнитном поле. (б) Используя правило правой руки, обнаруживается, что сила, действующая на протон, направлена ​​внутрь страницы.

Ссылки на физику

Магнитогидродинамический привод

В романе Тома Клэнси о холодной войне «Охота за Красный Октябрь» Советский Союз построил подводную лодку (см. Рис. 20.17) с магнитогидродинамическим приводом, который был настолько бесшумным, что его невозможно было обнаружить. надводные корабли. Единственная возможная цель создания такой подводной лодки заключалась в том, чтобы дать Советскому Союзу возможность первого удара, потому что эта подводная лодка могла подкрасться к побережью Соединенных Штатов и запустить баллистические ракеты, уничтожая ключевые военные и правительственные объекты, чтобы предотвратить американскую контратаку. .

Рис. 20.17 Российская подводная лодка с баллистическими ракетами типа «Тайфун», на которой базировалась вымышленная подводная лодка «Красный Октябрь».

Магнитогидродинамический привод должен быть бесшумным, поскольку в нем нет движущихся частей. Вместо этого он использует силу, испытываемую заряженными частицами, движущимися в магнитном поле. Основная идея такого привода изображена на рис. 20.18. Соленая вода течет по каналу, идущему от носа к корме подводной лодки. Магнитное поле прикладывается горизонтально к каналу, а напряжение прикладывается к электродам наверху и внизу канала, чтобы протолкнуть вниз электрический ток через воду.Носителями заряда являются положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора соли. Используя правило правой руки, оказывается, что сила, действующая на носители заряда, направлена ​​к задней части судна. Ускоренные заряды сталкиваются с молекулами воды и передают свой импульс, создавая струю воды, которая вылетает из задней части канала. По третьему закону Ньютона на сосуд действует сила равной величины, но в противоположном направлении.

Рис. 20.18 Схематический чертеж магнитогидродинамического привода, показывающий водный канал, направление тока, направление магнитного поля и результирующую силу.

К счастью для всех, оказалось, что такая силовая установка не очень практична. Некоторые предварительные расчеты показывают, что для питания подводной лодки потребуются либо чрезвычайно высокие магнитные поля, либо чрезвычайно высокие электрические токи для получения разумной тяги. Кроме того, прототипы магнитогидродинамических приводов показывают, что они совсем не бесшумны. Электролиз, вызванный пропусканием тока через соленую воду, создает пузырьки водорода и кислорода, что делает эту двигательную установку довольно шумной.Система также оставляет след из хлорид-ионов и хлоридов металлов, который можно легко обнаружить, чтобы определить местонахождение подводной лодки. Наконец, ионы хлора чрезвычайно реактивны и очень быстро разъедают металлические детали, такие как электрод или сам водяной канал. Таким образом, Красный Октябрь остается в сфере фантастики, но его физика вполне реальна.

Проверка захвата

Представьте себе лодку, приводимую в движение силой заряженных частиц, движущихся в магнитном поле. Если магнитное поле направлено вниз, в каком направлении должен течь ток заряженных частиц, чтобы получить силу, направленную назад?

  1. Течение должно течь вертикально сверху вниз, если смотреть сзади лодки.
  2. Течение должно течь вертикально снизу вверх, если смотреть сзади лодки.
  3. Течение должно течь горизонтально слева направо, если смотреть сзади лодки.
  4. Течение должно течь горизонтально справа налево, если смотреть сзади лодки.

Вместо одиночного заряда, движущегося в магнитном поле, рассмотрим теперь постоянный ток I , движущийся по прямому проводу.Если мы поместим этот провод в однородное магнитное поле, как показано на рисунке 20.19, какова сила, действующая на провод или, точнее, на электроны в проводе? Электрический ток включает в себя движущиеся заряды. Если заряды q перемещаются на расстояние ℓℓ за время t , то их скорость будет v = ℓ / t.v = ℓ / t. Подставляя это в уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ, получаем

F = q (ℓt) Bsinθ = (qt) ℓBsinθ.F = q (ℓt) Bsinθ = (qt) ℓBsinθ.

20,5

Коэффициент q / t в этом уравнении — не что иное, как ток в проводе.Таким образом, используя I = q / tI = q / t, получаем

F = IℓBsinθ (1.4). F = IℓBsinθ (1.4).

20,6

Это уравнение дает силу, действующую на прямой токоведущий провод длиной в магнитном поле с напряженностью B . Угол θθ — это угол между вектором тока и вектором магнитного поля. Обратите внимание, что ℓℓ — это длина провода, находящегося в магнитном поле, для которого θ ≠ 0, θ ≠ 0, как показано на рисунке 20.19.

Направление силы определяется так же, как и для одиночного заряда.Согните пальцы правой руки от вектора для I к вектору для B , а большой палец правой руки будет указывать в направлении силы, действующей на провод. Для провода, показанного на рис. 20.19, сила направлена ​​внутрь страницы.

Рисунок 20.19 Прямой провод, по которому проходит ток I в магнитном поле B . Сила, приложенная к проволоке, направлена ​​внутрь страницы. Длина ℓℓ — это длина провода, равная в магнитном поле.

В этом разделе вы могли заметить симметрию между магнитными и электрическими эффектами.Все эти эффекты подпадают под понятие электромагнетизма, которое является исследованием электрических и магнитных явлений. Мы видели, что электрические заряды создают электрические поля, а движущиеся электрические заряды создают магнитные поля. Магнитный диполь создает магнитное поле, и, как мы увидим в следующем разделе, движущиеся магнитные диполи создают электрическое поле. Таким образом, электричество и магнетизм — два тесно связанных и симметричных явления.

Рабочий пример

Траектория электрона в магнитном поле

Протон входит в область постоянного магнитного поля, как показано на рисунке 20.20. Магнитное поле выходит из страницы. Если электрон движется со скоростью 3,0 × 106 м / с3,0 × 106 м / с, а напряженность магнитного поля составляет 2,0 Тл, каковы величина и направление силы, действующей на протон?

Рис. 20.20. Протон попадает в область однородного магнитного поля. Магнитное поле исходит из страницы — кружки с точками представляют наконечники векторных стрелок, выходящих из страницы.

Стратегия

Используйте уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ, чтобы найти величину силы, действующей на протон.Угол между векторами магнитного поля и вектором скорости протона составляет 90 ° .90 °. Направление силы можно найти с помощью правила правой руки.

Решение

Заряд протона q = 1.60 · 10−19Cq = 1.60 · 10−19C. Ввод этого значения, заданной скорости и напряженности магнитного поля в уравнение F = qvBsinθF = qvBsinθ дает

F = qvBsinθ = (1,60 × 10−19C) (3,0 × 106 м / с) (2,0T) sin (90 °) = 9,6 × 10−13N. F = qvBsinθ = (1,60 × 10−19C) (3,0 × 106 м / с) (2..

Обсуждение

Это похоже на очень маленькую силу. Однако масса протона составляет 1,67 × 10–27 кг, 1,67 × 10–27 кг, поэтому его ускорение равно a = Fm = 9,6 × 10–13N1,67 × 10–27 кг = 5,7 × 1014 м / с2a = Fm = 9,6. × 10–13N1,67 × 10–27 кг = 5,7 × 1014 м / с2, или примерно в десять тысяч миллиардов раз больше ускорения свободного падения!

Мы обнаружили, что начальное ускорение протона, когда он входит в магнитное поле, направлено вниз в плоскости страницы. Обратите внимание, что по мере ускорения протона его скорость остается перпендикулярной магнитному полю, поэтому величина силы не меняется.Кроме того, из-за правила правой руки направление силы остается перпендикулярным скорости. Эта сила — не что иное, как центростремительная сила: она имеет постоянную величину и всегда перпендикулярна скорости. Таким образом, величина скорости не меняется, и протон совершает круговое движение. Радиус этого круга может быть найден с помощью кинематического соотношения.

F = ma = mv2ra = v2rr = v2a = (3,0 × 106 м / с) 25,7 × 1014 м / с2 = 1,6 см F = ma = mv2ra = v2rr = v2a = (3,0 × 106 м / с) 25.7 × 1014 м / с2 = 1,6 см

20,8

Путь протона в магнитном поле показан на рисунке 20.22.

Рис. 20.22 При перемещении перпендикулярно постоянному магнитному полю заряженная частица будет совершать круговое движение, как показано здесь для протона.

Рабочий пример

Проволока с током в магнитном поле

Теперь предположим, что мы пропустили провод через однородное магнитное поле из предыдущего примера, как показано. Если по проводу проходит ток 1.-направлении, а длина области с магнитным полем 4,0 см, какова сила на проводе?

Стратегия

Используйте уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ, чтобы найти величину силы, действующей на провод. Длина провода внутри магнитного поля составляет 4,0 см, а угол между направлением тока и направлением магнитного поля составляет 90 °. Чтобы найти направление силы, используйте правило правой руки, как описано сразу после уравнения F = IℓBsinθ.F = IℓBsinθ.

Решение

Вставьте указанные значения в уравнение F = IℓBsinθF = IℓBsinθ, чтобы найти величину силы

F = IℓBsinθ = (1.5A) (0,040 м) (2,0T) = 0,12N. F = IℓBsinθ = (1,5A) (0,040 м) (2,0T) = 0,12N.

20,9

Чтобы найти направление силы, начните с размещения вектора тока вплотную к вектору магнитного поля. Результат показан на рисунке в предыдущем рабочем примере с заменой v → v → на I → I →. Согните пальцы правой руки от I → I → к B → B →, а большой палец правой руки указывает вниз по странице, как показано на рисунке в предыдущем рабочем примере..-направление. Сила, действующая на провод с током в магнитном поле, является основой всех электродвигателей, как мы увидим в следующих разделах.

Практические задачи

1.

Какова величина силы, действующей на электрон, движущийся со скоростью 1,0 × 106 м / с перпендикулярно магнитному полю 1,0 Тл?

  1. 0,8 × 10 –13 N
  2. 1,6 × 10 –14 N
  3. 0,8 × 10 –14 N
  4. 1,6 × 10 –13 N
2.

Прямой 10-сантиметровый провод на ток 0,40 А ориентирован перпендикулярно магнитному полю. Если сила на проводе 0,022 Н, какова величина магнитного поля?

  1. 1,10 × 10 –2 T
  2. 0,55 × 10 –2 T
  3. 1,10 т
  4. 0,55 т

Проверьте свое понимание

3.

Если два магнита отталкиваются друг от друга, какой можно сделать вывод об их взаимной ориентации?

  1. Либо южный полюс магнита 1 ближе к северному полюсу магнита 2, либо северный полюс магнита 1 ближе к южному полюсу магнита 2.
  2. Либо южные полюса магнита 1 и магнита 2 ближе друг к другу, либо северные полюса магнита 1 и магнита 2 расположены ближе друг к другу.
  3. Дано недостаточно информации, чтобы сделать какой-либо вывод об ориентации магнитов.
4.

Опишите методы размагничивания ферромагнетика.

  1. путем охлаждения, нагрева или погружения в воду
  2. путем нагревания, удара и вращения во внешнем магнитном поле
  3. молотком, нагреванием и протиранием тканью
  4. путем охлаждения, погружения в воду или протирания тканью
5.

Что такое магнитное поле?

  1. Направляющие линии внутри и снаружи магнитного материала, которые указывают величину и направление магнитной силы.
  2. Направляющие линии внутри и снаружи магнитного материала, указывающие величину магнитной силы.
  3. Линии направления внутри магнитного материала, указывающие величину и направление магнитной силы.
  4. Направляющие линии вне магнитного материала указывают величину и направление магнитной силы.
6.

Какой из следующих рисунков правильный?

Магнитное поле,

Магнитный Поле,

термин магнетизм происходит из региона Магнезия, города в Западной Турции, где греки нашли магниты, которые притягивали куски железа через Космос.Также замечено, что, магниты притягивают и отталкивают. Мы может объяснить эту двойственную природу магнитной силы, предположив, что каждый магнит имеет два полюса, северный полюс (N) и южный полюс (S). Во время занятий вы заметите две вещи:

1) Когда два магнита приближаются друг к другу, как отталкивающиеся полюса; противоположные полюса привлекать.

2) Когда магнит подносят к железке, железо тоже притягивается к магнит, и он приобретает такую ​​же способность притягивать другие железки.

ср хотелось бы представить это силовое воздействие магнита на железоподобные предметы с помощью понятие называется магнитным полем. В понятие поля можно лучше понять, если вспомнить гравитационную силу Земли на объект рядом с ней. Мы говорим что простое присутствие Земли создает гравитационное поле в окружающем пространство, и что мы можем изобразить этот гравитационный силовой эффект линиями начиная с Земли и уходя радиально в бесконечность.

Луна попадает в поле Земли. Так же, Космонавт в космическом путешествии ощущает притяжение Земли. Космический шаттл также находится в области Земли. В причина, по которой они не падают, выходит за рамки этого курса, но я объясните для полноты. Никто из них падают на Землю, потому что все они имеют достаточную горизонтальную скорость, чтобы Земля. Если бы вы могли горизонтально бросать бейсбольный мяч со скоростью 18 000 миль / ч, я бы также Земля и вернуться к вам.Поэтому мы представляют притягивающую силу притяжения Земли с силовыми линиями. Направление линий поля обозначает направление силы, которое тело будет испытывать вокруг Земли, и плотность силовые линии (насколько близко они разделены) представляет силу сила. Например, вы ближе к Земля сильнее силы.

Аналогично, магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве, в котором он магнитно влияет на любой другой магнитный материал.Сила представлена ​​плотностью магнитного поля. линий. Линии магнитного поля замкнуты кривые, выходящие из Северного полюса и входящие в Южный полюс, когда вы следуете за ними снаружи магнит.

А компас, который сам по себе является маленьким магнитом, направлен параллельно магнитному полюсу. линии поля в точке его размещения. Кончик стрелки — это северный магнитный полюс, а ее конец — это Южный магнитный полюс.

Строительными блоками магнитов являются атомы, которые представляют собой маленькие крошечные магниты. Что касается магнетизма, мы можем рассматривать атом как крошечный компас / магнит, указывающий на север направление. Позже мы увидим, что движение электронов (движущийся электрический заряд) — основная причина магнетизм. Для практических целей мы может сосредоточиться на кластере атомов, называемом магнитными доменами , которые выровнен в определенном направлении. Каждый домен может состоять из миллиардов ориентированных атомов.В нормальных условиях магнитный материал, такой как железо, не ведут себя как магнит, потому что домены не имеют предпочтительного направления выравнивание. С другой стороны, домены магнита (или намагниченного железа) все выровнены в определенных направление. Домены отделены от соседние домены — доменными стенками. В общем, выравнивание внутри домена одинаково для всех атомов этого домена. домен. Однако атомы одного домена выровнены в другом направлении, чем атомы другого домен.Эта ситуация обрисована ниже для магнитного материала, намагниченного материала и для немагнитного материал. Немагнитный материал не имеет доменной структуры.

доменов можно вызвать выравнивание. Рассмотрим обычный железный гвоздь. Его домены ориентированы случайным образом, как на первом рисунке выше. Если вы принесете магнит, поднесите поблизости, области железного гвоздя выровняются таким образом, что северный полюс железа домены будут обращены к южному полюсу магнита и наоборот.

Когда вы снимаете магнит, гвоздь становится постоянным магнит на время. Тепловое движение (помните, чем выше температура, тем быстрее движутся атомы) атомов в конечном итоге может привести к тому, что большинство атомов вернутся к случайной ориентации. Кроме того, падение магнита не только вы нарушите его, но вы также разрушите выравнивание домена.

Другой способ сделать постоянный магнит — погладить железку (или железную стружку что вы будете делать как занятие) с помощью магнита.Железное бритье ведет себя как крошечный магниты.

Электромагнит:

А катушки из проволоки, подобные показанной на рисунке ниже, также могут производить магнитные поле, подобное магнитному. Если внутри, если катушки заполнены железным сердечником, магнитное поле даже становится сильнее за счет дополнительного магнетизма от утюга.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Индуктивность

Индуктивность — это свойство электрической цепи, с помощью которого изменяющееся магнитное поле создает электродвижущую силу или напряжение в этой цепи или в соседней цепи.Индуктивность также определяется как свойство электрической цепи, противодействующей любому изменению тока. В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в цепи индуцирует ток в соседней цепи. Примерно в то же время это открытие независимо сделал американский ученый Джозеф Генри. Генерация электродвижущей силы и тока изменяющимся магнитным полем называется электромагнитной индукцией. Электрогенераторы работают по принципу индуктивности.

Линии магнитного поля

Чтобы лучше понять индуктивность, полезно иметь представление о силовых линиях магнитного поля. Все магниты окружены магнитным полем, также называемым магнитным потоком. Магнитное поле можно представить как состоящее из силовых линий или силовых линий. Силы магнитного притяжения и отталкивания движутся по силовым линиям. Шаблон силовых линий магнитного поля можно наблюдать в нашем интерактивном руководстве по Java Magnetic Field Lines.

Интерактивное учебное пособие по Java
Открытия Фарадея

Фарадей сделал свое открытие электромагнитной индукции в эксперименте с использованием двух катушек проволоки, намотанных вокруг противоположных сторон кольца из мягкого железа, аналогично экспериментальной установке на Рисунке 1 ниже.

Первая катушка справа прикреплена к батарее.Вторая катушка содержит компас, который действует как гальванометр для определения протекания тока. Когда переключатель замкнут, через первую катушку проходит ток, и железное кольцо намагничивается. Когда переключатель в первый раз замыкается, компас во второй катушке на мгновение отклоняется и немедленно возвращается в исходное положение. Отклонение компаса указывает на то, что возникла электродвижущая сила, заставившая на мгновение протекать ток во второй катушке. Фарадей также заметил, что при размыкании переключателя компас снова на мгновение отклоняется, но в противоположном направлении.

Фарадей знал, что катушка с проводом, по которой протекает электрический ток, создает магнитное поле. Поэтому он предположил, что изменяющееся магнитное поле индуцирует ток во второй катушке. Замыкание и размыкание переключателя вызывают изменение магнитного поля: расширение и сжатие соответственно. Вы можете провести эксперимент Фарадея в нашем интерактивном руководстве по Java Faraday’s Experiment.

Интерактивное учебное пособие по Java

Фарадей продемонстрировал, что его гипотеза верна, перемещая простой стержневой магнит назад и вперед внутри катушки.Он заметил, что ток индуцировался в катушке только во время движения магнита. Он также заметил, что в катушке индуцировался ток, когда катушка перемещалась рядом с неподвижным постоянным магнитом. Он обнаружил, что именно относительное движение между проводником и магнитным полем производит ток. Чтобы генерировать ток, либо проводник может перемещаться через поле, либо поле может проходить мимо проводника. Для возникновения электромагнитной индукции необходимо изменение магнитного потока.Проведите этот эксперимент в нашем 2-м экспериментальном интерактивном учебном пособии по Java Faraday.

Интерактивное учебное пособие по Java
Закон электромагнитной индукции Фарадея

Связь между изменением магнитного потока и индуцированной электродвижущей силой известна как закон электромагнитной индукции Фарадея:

Величина электромагнитной силы, индуцированной в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через цепь.

Математически закон Фарадея записывается как:

E = — (DF / Dt)

, где E — индуцированная электродвижущая сила в вольтах, DF — изменение магнитной силы в сетках, а Dt — количество времени в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

Из приведенной выше формулы мы видим, что величина индуцированного напряжения определяется двумя факторами:

  1. Величина магнитного потока
    Чем больше количество силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник, тем больше индуцированное напряжение.
  2. Скорость, с которой силовые линии магнитного поля пересекают проводник
    Чем быстрее силовые линии пересекают проводник или проводник пересекает силовые линии, тем больше индуцированное напряжение. Вы можете наблюдать это, изменяя скорость, с которой вы перемещаете магнит, в нашем 2-м экспериментальном интерактивном руководстве по Java Faraday.
Закон Ленца

Знак минус в законе Фарадея указывает направление или полярность индуцированного напряжения.В 1833 году русский физик Генрих Ленц открыл взаимосвязи между силами, напряжениями и токами электромагнитной индукции. Закон Ленца гласит:

Индуцированная электродвижущая сила генерирует ток, который индуцирует противодействующее магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, генерирующему ток.

Например, когда внешнее магнитное поле приближается к кольцевому проводнику, ток, который создается в кольце, будет индуцировать собственное магнитное поле, противоположное приближающемуся внешнему магнитному полю.С другой стороны, когда внешнее магнитное поле удаляется от кольца, индуцированное магнитное поле в кольце меняет направление на противоположное и противодействует изменению направления внешнего магнитного поля. Вы можете увидеть закон Ленца в действии в нашем интерактивном руководстве по Java по закону Ленца .

Интерактивное учебное пособие по Java
Собственная индуктивность

Мы знаем, что ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле вокруг проводника.Когда ток увеличивается, уменьшается или меняет направление, магнитное поле изменяется. Магнитное поле расширяется, сжимается или меняет направление в ответ на изменения тока. Изменяющееся магнитное поле индуцирует дополнительную электродвижущую силу или напряжение в проводнике. Возникновение этого дополнительного напряжения называется самоиндукцией, потому что оно индуцируется внутри самого проводника. Направление самоиндуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его генерировал.Это соответствует закону Ленца, который можно выразить следующим образом:

Индуцированная электродвижущая сила (напряжение) в любой цепи всегда направлена ​​против тока, создавшего ее.

Эффект самоиндукции в цепи заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в цепи. Например, когда напряжение подается на цепь, ток начинает течь во всех частях цепи. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле.По мере расширения поля в цепи создается противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение вызывает протекание тока в направлении, противоположном направлению основного тока. Индуктивность на этом этапе препятствует нарастанию тока. Когда индуцированное магнитное поле становится устойчивым, оно перестает индуцировать обратное напряжение.

Когда ток в цепи отключается, индуцированное магнитное поле начинает разрушаться. Когда поле схлопывается, оно генерирует напряжение в том направлении, которое на мгновение продлевает основной ток.Когда индуцированное магнитное поле полностью схлопывается, индуцированное напряжение и ток прекращаются. Опять же, самоиндукция препятствует изменению тока. Он препятствует нарастанию тока и задерживает его пробой. Вы можете увидеть влияние самоиндукции на ток в нашем интерактивном руководстве по Java для Self-Inductance.

Интерактивное учебное пособие по Java
Взаимная индуктивность

В эксперименте Фарадея с двумя катушками на кольце из проводящего железа он обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в одной катушке индуцирует электродвижущую силу или напряжение во второй катушке.Это явление называется взаимной индуктивностью. Взаимная индуктивность возникает, когда изменяющееся магнитное поле в одной цепи индуцирует напряжение в соседней цепи.

В соответствии с законом Ленца направление индуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его генерировал. Снова глядя на эксперимент Фарадея ниже, мы обнаруживаем, что когда напряжение подается на катушку справа, в железном кольце индуцируется магнитное поле. По мере расширения поля во второй катушке слева генерируется напряжение.Это вторичное напряжение вызывает ток во второй катушке. Этот вторичный ток проходит в направлении, противоположном току в первой катушке. Когда индуцированное магнитное поле в кольце становится устойчивым, ток перестает течь во второй катушке.

Когда ток в первой катушке отключается, индуцированное магнитное поле в кольце начинает разрушаться. Когда поле схлопывается, во второй катушке снова возникает напряжение.Результирующий ток во второй катушке имеет направление, противоположное ранее наведенному току. Когда магнитное поле в кольце полностью схлопывается, индуцированное напряжение и ток во вторичной катушке прекращаются. Вы можете провести этот эксперимент в нашем интерактивном руководстве по Java Faraday’s Experiment.

Интерактивное учебное пособие по Java
Катушки индуктивности

Катушки индуктивности — это электрические устройства, предназначенные для обеспечения индуктивности в цепи.Индуктор — это просто катушка с проволокой. Самоиндукция возникает в цепи, даже когда проводники абсолютно прямые. Однако самоиндукция в прямом проводе очень мала. Индуктивность намного более значительна, когда проводники скручены в спираль, потому что магнитное поле каждого витка катушки пересекает соседние витки катушки. Для увеличения индуктивности индуктор может иметь железный сердечник. Помещение железа внутрь катушки значительно увеличивает силу ее магнитных полей.

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки влияют три фактора:

  1. Количество витков в катушке
    Чем больше количество витков в катушке, тем больше индуктивность.Это верно, потому что чем больше витков в катушке, тем больше количество взаимодействий магнитного поля.
  2. Площадь сечения катушки
    Чем больше площадь поперечного сечения катушки, тем больше индуктивность. Этот фактор тесно связан с количеством витков в катушке. Он включает в себя учет расстояния между витками. Поскольку магнитное поле становится слабее по мере его движения, витки, которые расположены близко друг к другу, обеспечивают взаимодействие там, где поля наиболее сильны.
  3. Проницаемость керна
    Проницаемость относится к способности материала проводить магнитные силовые линии. Железо имеет гораздо большую проницаемость, чем воздух. Следовательно, катушка с железным сердечником имеет большую индуктивность, чем катушка с сердечником, содержащим только воздух.
Расчет наведенного напряжения в катушке

Закон Фарадея можно использовать для определения полной наведенной электродвижущей силы или напряжения в катушке.Предполагая, что витки катушки плотно намотаны, полное наведенное напряжение катушки можно рассчитать по следующей формуле:

E = — N (DF / Dt)

, где E — индуцированная электродвижущая сила в вольтах, N, — количество витков в катушке, DF, — изменение магнитной силы в веберах, а Dt — количество времени в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

Измерение индуктивности

Символ индуктивности — заглавная буква L в честь Генриха Ленца. Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри, сокращенно ч . Один ген индуктивности существует, когда один вольт электродвижущей силы индуцируется при изменении тока со скоростью один ампер в секунду. Математически это записывается как:

L = E / (DI / Dt)

, где L, — индуктивность в генри, E, — наведенная электродвижущая сила в вольтах, DI, — это изменение тока в амперах, и Dt, — время в секундах, в течение которого происходит изменение тока. .

Катушки индуктивности в последовательной цепи

Последовательная цепь — это цепь, в которой ток имеет только один путь. В последовательной цепи весь ток проходит через каждый из компонентов в цепи. Схема на рисунке 2 имеет три последовательно включенных индуктора.

Если катушки индуктивности экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, общая индуктивность цепи является накопительной. Полная индуктивность такой цепи — это сумма всех индукторов в цепи.Поэтому для расчета общей индуктивности последовательной цепи используйте следующую формулу:

L T = L 1 + L 2 + L 3 . . .

, где L T — общая индуктивность в цепи, а от L 1 до L 3 . . . — это номинальные значения индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

Используя эту формулу, общую индуктивность последовательной цепи на Рисунке 2 можно рассчитать следующим образом:

L T = 50 + 40 + 20

L T = 110 м h

Катушки индуктивности в параллельных цепях

Параллельная цепь — это цепь, в которой компоненты расположены так, что путь для тока разделен.Схема на Рисунке 3 имеет три параллельно включенных индуктора.

Параллельное соединение катушек индуктивности всегда снижает общую индуктивность цепи. Если индукторы экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, общую индуктивность цепи можно рассчитать по следующей формуле:

L T = 1 ÷ (1 / L 1 + 1 / L 2 + 1 / L 3 …)

, где L T — полная индуктивность в цепи, а от L 1 до L 3 .. . — это номинальные значения индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

Используя эту формулу, общую индуктивность указанной выше параллельной цепи можно рассчитать следующим образом:

L T = 1 ÷ (1/5 + 1/15 + 1/30)

L T = 1 ÷ (0,2 + 0,066 + 0,033)

L T = 1 ÷ 0,299

L T = 3.344 мч

Индуктивное реактивное сопротивление

Эффект самоиндукции в катушке заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в катушке. Например, когда на катушку подается напряжение, в катушке начинает течь ток. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле. По мере расширения поля в катушке генерируется противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение противодействует основному току. Это противодействие протеканию тока называется индуктивным реактивным сопротивлением и измеряется в омах.

Величина индуктивного сопротивления в цепи зависит от частоты и величины переменного тока, а также величины индуктивности. Индуктивное сопротивление цепи можно рассчитать по следующей формуле:

X L = 2pfL

, где X L — индуктивное реактивное сопротивление в омах, 2p — вычисляемая постоянная, которая обычно округляется до 6,28, f — частота приложенного переменного тока в герцах, а L — индуктивность цепи в генри.

Трансформаторы

Трансформаторы работают по принципу взаимной индуктивности. Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения напряжений и токов переменного тока в цепях. Трансформатор обычно состоит из двух катушек провода, электрически изолированных друг от друга, намотанных на одном сердечнике. Одна катушка называется первичной катушкой; другой называется вторичной обмоткой. Первичная катушка — это входная катушка трансформатора, а вторичная катушка — это выходная катушка.Когда переменное напряжение подается на первичную катушку, оно вызывает изменяющееся магнитное поле в сердечнике. Взаимная индукция вызывает индуцирование напряжения во вторичной катушке.

Количество обмоток первичной и вторичной обмоток трансформатора определяет, как изменяется напряжение в цепи. Когда количество витков первичной катушки больше, чем количество вторичной катушки, индуцированное напряжение во вторичной катушке меньше, чем приложенное напряжение первичной катушки.Когда количество обмоток первичной обмотки меньше, чем количество обмоток вторичной обмотки, индуцированное напряжение во вторичной обмотке больше, чем приложенное напряжение первой обмотки. Если выходное напряжение трансформатора больше входного напряжения, он называется повышающим трансформатором. Если выходное напряжение трансформатора меньше входного напряжения, он называется понижающим трансформатором. Откройте для себя эффекты изменения входного напряжения и количества обмоток трансформатора в нашем интерактивном руководстве по Java для трансформаторов .

Интерактивное учебное пособие по Java

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение. Однако увеличение напряжения сопровождается уменьшением тока. Обратное верно для понижающего трансформатора. Понижающий трансформатор снижает напряжение, но увеличивает ток. Это свойство трансформаторов делает их очень полезными и выгодными для передачи электроэнергии на большие расстояния.Повышающие трансформаторы используются на электростанциях для выработки очень высоких напряжений. Уменьшается выходной ток, что значительно снижает потери мощности из-за сопротивления в линиях передачи. Когда мощность достигает потребителей, используются понижающие трансформаторы для снижения напряжения и увеличения тока до уровня, необходимого для потребительских приложений.

Применение индуктивности

Свойства индукторов делают их очень полезными в различных приложениях.Например, индукторы противодействуют любым изменениям тока. Следовательно, индукторы можно использовать для защиты цепей от скачков тока. Катушки индуктивности также используются для стабилизации постоянного тока и для регулирования или устранения переменного тока. Катушки индуктивности, используемые для устранения переменного тока выше определенной частоты, называются дросселями.

Генераторы

Одним из наиболее распространенных способов использования электромагнитной индуктивности является генерация электрического тока. Чтобы узнать, как работает генератор, посетите наш учебник по генераторам и двигателям .

Радиоприемники Катушки индуктивности

могут использоваться в цепях с конденсаторами для генерации и изоляции высокочастотных токов. Например, катушки индуктивности используются с конденсаторами в схемах настройки радиоприемников. На рисунке 4 переменный конденсатор подключен к цепи антенного трансформатора. Передаваемые радиоволны вызывают прохождение индуцированного тока в антенне через первичную катушку индуктивности на землю.

Вторичный ток в обратном направлении индуцируется во вторичной катушке индуктивности.Этот ток течет к конденсатору. Скачок тока в конденсаторе вызывает противодействующую электродвижущую силу. Эту противодействующую электродвижущую силу называют емкостным реактивным сопротивлением. Индуцированный поток тока через катушку также вызывает противодействующую электродвижущую силу. Это называется индуктивным реактивным сопротивлением. Таким образом, мы имеем в цепи как емкостное, так и индуктивное реактивное сопротивление.

На более высоких частотах индуктивное реактивное сопротивление больше, а емкостное реактивное сопротивление меньше. На более низких частотах все наоборот.Переменный конденсатор используется для выравнивания индуктивного и емкостного реактивных сопротивлений. Состояние, при котором реактивные сопротивления уравновешены, называется резонансом. Конкретная частота, которая изолирована выровненными реактивными сопротивлениями, называется резонансной частотой.

Радиосхема настраивается путем регулирования емкости переменного конденсатора для выравнивания индуктивного и емкостного реактивного сопротивления цепи для желаемой резонансной частоты или, другими словами, для настройки на желаемую радиостанцию.Наш интерактивный учебник по Java для радиоприемника демонстрирует, как катушки индуктивности и переменный конденсатор используются для настройки на радиочастоты.

Интерактивное учебное пособие по Java
Металлоискатели

Работа металлоискателя основана на принципе электромагнитной индукции. Металлоискатели содержат одну или несколько катушек индуктивности.Когда металл проходит через магнитное поле, создаваемое катушкой или катушками, поле индуцирует электрические токи в металле. Эти токи называются вихревыми токами. Эти вихревые токи, в свою очередь, создают собственное магнитное поле, которое генерирует ток в детекторе, который питает сигнал, указывающий на присутствие металла. Наблюдайте за магнитными полями и вихревыми токами, генерируемыми металлоискателем, в нашем учебном пособии по металлоискателю для Java.

Интерактивное учебное пособие по Java

НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт обслуживается нашим

Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18
Счетчик доступа с 29 марта 1999 г .: 262769

Можете ли вы экранировать или блокировать магнитные поля? | Ребята из науки

Я слышал, что свинец останавливает ядерную радиацию; вы можете экранировать или блокировать магнитные поля?

Февраль 2004

Короткий ответ: нет, не существует щита или вещества, которое эффективно блокировало бы магнитные поля как таковые. Однако вы можете перенаправить линии магнитного поля, что некоторые люди называют магнитным экранированием.Теперь давайте разберемся с этим немного подробнее.

На самом деле существует закон, называемый законом Гаусса, который говорит нам кое-что о магнитных полях (этот закон также является одним из уравнений Максвелла, объясняющих все электромагнитные явления). Этот закон в основном подразумевает, что вы не можете разделить магнитные полюса, то есть вы не можете изолировать только один полюс; должно быть два магнитных полюса: северный и южный. Это отличается от электрических зарядов, когда вы можете отделить один положительный или один отрицательный заряд.Магнитные полюса всегда идут парами. Ученые используют терминологию, согласно которой монополей (одиночных магнитных полюсов) не существует.

Линии магнитного поля представляют собой замкнутые контуры и должны быть непрерывными между северным и южным полюсами. В случае стержневого магнита представьте себе силовые линии, выходящие из северного полюса, излучающие в пространстве и вновь входящие в стержневой магнит на южном полюсе, продолжающиеся через магнит обратно к северному полюсу. Поскольку эти силовые линии должны быть непрерывными, они должны найти путь обратно к своему источнику.Их невозможно остановить, и им некуда идти.

Однако линии поля могут быть перенаправлены. Следовательно, можно спроектировать область пространства, относительно свободную от линий магнитного поля, потому что они перенаправлены вокруг этой области. Обратите внимание, что вы не остановили их, а просто перенаправили. Линии поля по-прежнему должны быть непрерывными и в конечном итоге замкнуться сами по себе.

Чтобы перенаправить линии магнитного поля, вы предлагаете им предпочтительный путь. Силовые линии магнитного поля предпочитают перемещаться в материалах, которые обладают определенными магнитными свойствами, а именно в материалах с высокой проницаемостью.Помещая материал с высокой проницаемостью (или, по крайней мере, с проницаемостью выше, чем рассматриваемая область) вокруг области, которую вы хотите защитить, вы эффективно предлагаете силовым линиям лучший путь для перемещения. Магнитные линии идут по этому пути и держатся подальше от области, которую вы хотите защитить. Материал с высокой проницаемостью будет «проводить» силовые линии магнитного поля лучше, чем его первоначальный путь. Хотя это не одно и то же явление, это напоминает нам о том, что электричество идет по пути наименьшего сопротивления.Линии поля выбирают самый легкий путь для путешествия. Таким образом, оболочка из материала с высокой проницаемостью, построенная вокруг области, будет эффективно удерживать большую часть силовых линий магнитного поля в самой оболочке и вне области внутри оболочки.

Хотя свинец блокирует или останавливает радиоактивные выбросы, такие как бета-частицы или гамма-лучи, он не блокирует магнитные поля. Проницаемость свинца низкая и практически не влияет на магнитные поля.

Магнитные полюсы — обзор

32.1 Магнетизм

Большинство из нас когда-то интересовались магнитами. Если вы когда-нибудь играли с магнитной игрушкой, использовали компас или прикрепляли заметки к холодильнику с помощью магнита, вы, вероятно, задавались вопросом, как работают магниты. Интерес человечества к магнетизму можно проследить до открытия греками около 2000 лет назад, что магнитные камни из Магнезии (так называемый магнетит ) действуют друг на друга. С тех пор появилось бесчисленное множество технологических приложений, связанных с магнитными явлениями.Одним из наиболее важных из них является магнитный навигационный компас, впервые использованный в Китае примерно в 1000 году нашей эры. и до сих пор используется.

Магниты привлекают многих из нас, возможно, потому, что на самом деле можно почувствовать магнитную силу . Например, если вы держите магнит в руке, стоя рядом с железным или стальным предметом, вы чувствуете, как ваша рука тянется к этому предмету. Если вы держите магнит в каждой руке, вы чувствуете силы, действующие между одним магнитом, даже когда магниты не контактируют; и если вы поместите изоляционный материал, такой как стекло, между двумя магнитами, силы сохранятся.Фактически силы существуют, даже если магниты находятся в вакууме.

Если вы продолжите экспериментировать с магнитами таким образом, вы скоро узнаете, что источники магнитной силы в магните сосредоточены в областях, называемых полюсами . Вы также обнаружите, что силы между магнитами могут быть притягивающими или отталкивающими. Мы можем объяснить это притяжение и отталкивание, определив два типа полюсов, N и S. Два N или два S-полюса отталкиваются друг от друга, но N-полюс и S-полюс притягиваются друг к другу (Рисунок 32.1). Поскольку Земля ведет себя как гигантский магнит с полюсами, расположенными рядом с ее географическими полюсами, мы определяем полюс N как полюс свободно подвешенного магнита, который притягивается и, следовательно, указывает на магнитный полюс Земли, который расположен недалеко от севера. географический полюс. Поскольку только , в отличие от полюсов, притягиваются друг к другу, магнитный полюс около северного географического полюса должен быть южным полюсом.

Рисунок 32.1. Два полюса N или два полюса S разъединяются магнитными силами, но полюс N и полюс S притягиваются магнитными силами.

Если мы попытаемся изолировать магнитный полюс, разрезав магнит на две части, мы не получим отдельный полюс N и отдельный полюс S, а вместо этого получим два меньших магнита, каждый из которых имеет полюс N и полюс S (рис. 32.2). Это происходит независимо от того, сколько раз мы разрезаем магниты, а на изолированном магнитном полюсе никогда не получается . Несмотря на редкие заявления об обнаружении магнитного монополя, * исчерпывающих экспериментов с магнитами приводят нас к выводу, что элементарная магнитная сущность — это магнитный диполь, имеющий один полюс N и один полюс S.

Рисунок 32.2. Железный гвоздь намагничивается, когда его кладут на полюсные поверхности магнита. К концам намагниченного гвоздя притягивается кусок железной опилки, но в середине нет притяжения. Если разрезать гвоздь пополам, получится два магнита. Концы, которые были около середины неотрезанного гвоздя, теперь являются магнитными полюсами.

Если мы посыпаем железные опилки вблизи стержневого магнита, опилки намагничиваются и образуют узор, удивительно похожий на узор, создаваемый крошечными кусочками нити, разбросанными вблизи электрического диполя (Рисунок 32.3а, б). Стрелка магнитного компаса, расположенная рядом с магнитом, совместится с железными опилками (рис. 32.3c). Полюса стержневого магнита обеспечивают это выравнивание за счет приложения сил к полюсам намагниченных железных опилок. Мы можем представить эти силы как передаваемые на железные опилки и компас через магнитное поле, создаваемое магнитом. Но поскольку изолированных полюсов не существует, мы не можем исследовать магнитные поля, как мы исследовали электрические поля со статическими зарядами.Невозможно исследовать силу между изолированными полюсами или магнитное поле, создаваемое изолированным полюсом. Вместо этого мы рассматриваем силы и моменты, связанные с магнитными диполями и движущимися зарядами.

Рисунок 32.3a. Схема силовых линий электрического поля электрического диполя, выявленная при совмещении крошечных кусочков нити.

Рисунок 32.3b. Рисунок силовой линии магнитного поля магнитного диполя, выявленный выравниванием крошечных кусочков железа.

Рисунок 32.3c. Компас ориентируется по касательной к силовой линии магнитного поля.

Хотя между электрическими и магнитными явлениями существует много общего, физическая связь не предполагалась до 21 июля 1820 года. Во время демонстрации лекции в этот день датский ученый Ганс Кристиан Эрстед случайно обнаружил, что компас под токоведущим проводом ориентируется сам. перпендикулярно проводу (рисунок 32.4). Эрстед изменил направление тока в проводе и заметил, что положение стрелки компаса на север и на юг поменялось местами.Он впервые установил взаимодействие между движущимися зарядами (электрический ток) и магнитным диполем. Если бы Эрстед высыпал кусочки железа на лист бумаги и вставил токопроводящий провод через центр и перпендикулярно плоскости бумаги, он бы увидел, что кусочки выстроились в четкие круглые узоры с центром на оси провода ( Рисунок 32.5), указывающий на наличие магнитного поля. Стрелка компаса на любом круге будет выровнена перпендикулярно радиусу.Крутящий момент, испытываемый стрелкой компаса, возникает в результате взаимодействия магнитной стрелки и магнитного поля, создаваемого током в проводе. Движущийся заряд, создающий магнитное поле, называется эффектом Эрстеда. В следующей главе мы рассмотрим создание магнитных полей движением зарядов. Теперь обратимся к силе, которую существующее магнитное поле оказывает на движущийся заряд.

Рисунок 32.4. Компас под токоведущим проводом испытывает крутящий момент и ориентируется перпендикулярно проводу.

Рисунок 32.5. Токоведущий провод проходит через плоский пластиковый лист, ориентированный перпендикулярно проводу. Присыпанные на лист железные опилки ориентируются вдоль круговых силовых линий магнитного поля, создаваемых током в проводе.

Вопросы
1.

Две железки внешне идентичны. Однако один из них — магнитный диполь, а другой — нет. Наблюдая за силами, которые две части действуют друг на друга, как вы можете определить, какая из них не намагничена?

2.

Какое преимущество может быть в том, чтобы называть полюса магнита положительными и отрицательными, а не N и S?

3.

Предположим, у вас есть большое количество крошечных постоянных магнитов. Как можно было собрать их так, чтобы получился длинный и тонкий стержневой магнит? Как вы могли бы использовать постоянный стержневой магнит для регулировки за вас?

4.

Как можно заставить железные гвозди без начального магнетизма висеть встык на постоянном магните?

5.

Простые магнитные компасы могут свободно вращаться только вокруг одной оси. Какие изменения произошли бы в ориентации стрелки компаса, если бы стрелка могла свободно вращаться вокруг любой оси, проходящей через ее центр?

Что такое электрическая индукция?

?

Электричество. Определения

Термин электричество , как мы узнали из изучения различных областей физики, трудно определить с помощью одного всеобъемлющего определения.Ученые и ученые часто расходятся во мнениях относительно истинного значения этого термина. Чтобы проиллюстрировать диапазон существующих определений, мы включили несколько различных.

1. Определение ученых. Электричество относится исключительно к электронам и протонам; по сути, электрический заряд объекта.

2. Повседневное определение. Электричество — это энергия электромагнитного поля, передаваемая батареями и генераторами.

3. Начальная школа Определение. Электричество — это текущее движение, производимое электрическим зарядом.

4. Рабочее определение. Электричество — это величина дисбаланса между количеством электронов и протонов.

И некоторые дополнительные, менее часто используемые определения включают:

5. Текущее движение электрической энергии.

6. Электрический потенциал (электронное поле).

7. Просто область науки.

Основываясь на таком широком выборе определений, трудно понять истинное значение термина электрическая , что усложняет процесс формирования определения для электрической индукции .

Индукция. Определение

Это подводит нас к определению индукции . Согласно Мерриам-Вебстеру, индукция — это «процесс, посредством которого электрический проводник становится электрифицированным, когда он находится рядом с заряженным телом, посредством которого намагничиваемое тело становится намагниченным, когда оно находится в магнитном поле или в магнитном потоке, создаваемом магнитодвижущей силой или что электродвижущая сила создается в цепи путем изменения магнитного поля, связанного с цепью.«


Комбинируя определения «электрический» и «индукционный», мы можем получить следующие определения: Изменяющееся магнитное поле приводит к разности потенциалов (обычно известной как напряжение) в проводнике.

В то время как стационарное магнитное поле не будет влиять на провод или токовую петлю, движущееся или изменяющееся магнитное поле будет генерировать электрический ток с низким током или напряжение, проходящее через концы токовой петли. Ток или напряжение, в основном известные как электромагнитная индукция, называются индуцированным током или индуцированным напряжением.

Электрическая индукция. Принцип действия

Электромагнитная индукция — это основной принцип, который используется для объяснения того, как работают электрические генераторы (также называемые генераторами переменного тока), микрофоны, электрогитары и трансформаторы.

Ток, содержащийся в проводнике, называется альтернативой , потому что его ток течет вперед и назад в результате того, что проводник сначала поднимается, а затем опускается в магнитном поле. Короче говоря, токи помогают создавать магнитные поля.

Движущееся или изменяющееся магнитное поле действительно создает ток в токовой петле или напряжение на концах токовой петли. Это называется электромагнитной индукцией, а ток или напряжение — индуцированным током или индуцированным напряжением.

Электрическая индукция. История

Одно из самых важных достижений в области науки, открытие электромагнитной индукции, было описано Майклом Фарадеем в 1831 году. Официально он был первым ученым и математиком, который задокументировал свои открытия после проведения серии испытаний на катушке, которую он сделал. обмотка бумажного цилиндра проволокой.

Когда он подключил катушку к гальванометру, а затем перемещал магнит взад и вперед внутри цилиндра, Фарадей сообщил, что величина напряжения, создаваемого в проводнике, была пропорциональна скорости изменения магнитного потока (чередующиеся уровни электрического токи).

Более того, Фарадей обнаружил, что это утверждение истинно и применимо независимо от того, изменяется ли сила самого потока или проводник движется через магнитное поле.Как указывалось ранее, электромагнитная индукция является основным принципом, который объясняет работу генераторов и асинхронных двигателей, а также большинства других электрических машин.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что где — электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах, N — количество витков провода, а Wb — магнитный поток по Веберсу.

Далее немецкий ученый H.F.E. Ленц, используя «Закон Ленца», дает направление наведенной ЭДС, таким образом:

ЭДС, индуцированная в электрической цепи, всегда действует в таком направлении, что ток, который она протекает по цепи, противодействует изменению магнитного потока, которое создает ЭДС.

Электрическая индукция. Краткое изложение основных принципов

Таким образом, мы можем различить, что магнитный поток — это сила магнитного поля, которое проходит через определенную область. С точки зрения формулы, это произведение магнитного поля (B) на площадь (A), которая проходит через угол (a) между линией, идущей под углом 90 градусов к области, и линиями магнитного поля.

Магнитный поток представлен символом F. По этой причине физики часто формулируют следующую формулу как данность: F = B * A * cos (a), и результирующая единица измерения будет Tm 2 , где T (обычно как тета,?) — единица измерения магнитного поля, а m 2 — единица измерения площади.

Или, говоря упрощенно, вы можете думать о потоке как о «воздушном потоке», вдувающем воздух через окно. Размер окна (A), скорость воздуха (B) и направление (тета) определяют, сколько воздуха проходит через окно.

Переменный магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС). В свою очередь, эта сила оказывает давление на свободные электроны определенным образом, вызывая ток.

Электромагнитная индукция. Современные приложения

После того, как была установлена ​​взаимная связь между электричеством и магнетизмом, практическое применение стало практически безграничным.

Генератор, например, открыл путь к широкому спектру инновационных промышленных концепций. Преобразуя механическую энергию в электрическую, генератор полагался на основной принцип электромагнитной индукции — прохождение электрического проводника через магнитное поле.

Как объяснялось ранее, когда одна сторона катушки проходит через магнитное поле сначала в одном направлении, а затем в другом направлении, конечным результатом является переменный ток (магнитный поток).Этот тип генератора переменного тока аналогичен устройству, используемому в транспортных средствах для выработки постоянного потока энергии.

Кроме того, трансформаторы могут передавать переменные токи из одной электрической цепи в другую посредством индукции электромагнита. В каждом районе есть трансформатор, расположенный на централизованной опоре электропередачи; это канал для передачи электричества во все отдельные дома.

По большей части эти типы силовых трансформаторов передают мощность с постоянной частотой.Радиочастотные (РЧ) трансформаторы работают на более высоких частотах, что дает РЧ-генераторам множество промышленных применений.

Радио было одним из первых «современных» изобретений, в которых была применена наука об электромагнитных волнах. Дополнительные современные разработки включают индукционный нагрев и индукционную пайку (сварочный процесс, используемый при изготовлении металлов, когда различные металлы спаяны вместе, чтобы сформировать один работоспособный материал).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *