Bibliografski opis: Nasekin K. G., Mayurov S. G. Dobijanje slike magnetsko polje// Mladi naučnik. 2015. br. 1. str. 75-78..04.2019.).
Uvod. Magnetizam
Prirodni magneti, jednostavno rečeno, su komadi magnetne željezne rude - magnetita ( hemijski sastav: 31% gvožđa i 69% kiseonika) nisu uvek nazivani magnetima. IN različite zemlje magnet je nazvan drugačije, ali se najčešće ta imena prevode kao „ljubeći“. Ovako poetski jezik starih opisuje svojstvo komada magneta - da privuče gvožđe.
“Kamen ljubavi” je poetsko ime koje su Kinezi dali prirodnom magnetu. Snaga prirodnih magneta je beznačajna, pa je grčki naziv za magnet preveden kao "Herkulov kamen".
Ne treba misliti da magnet djeluje samo na željezo. Postoji niz drugih tijela koja također doživljavaju efekat jak magnet, mada ne u istoj meri kao gvožđe. Metali: nikl, kobalt, mangan, platina, zlato, srebro, aluminijum slabo privlače magnet. Još jedno izvanredno svojstvo takozvanih dijamagnetnih tijela, na primjer cink, olovo, sumpor, bizmut: ova tijela se odbijaju od jakog magneta!
Tečnosti i gasovi takođe doživljavaju privlačenje ili odbijanje magneta, iako u veoma slaboj meri; magnet mora biti veoma jak da bi izvršio svoj uticaj na ove supstance.
Glavni dio
Linije magnetnih sila
Čovjek nema organ čula koji opaža magnetsko polje, pa može samo nagađati o postojanju magnetskih sila koje okružuju magnet. Međutim, nije teško indirektno otkriti obrasce raspodjele ovih sila. Najbolji način za to je fina gvozdena strugotina.
Da biste to učinili, trebate uzeti magnet i pokriti ga staklenom pločom na vrhu. Stavite list papira na tanjir. Zatim sipajte piljevinu u tankom ravnom sloju na list papira, tresući piljevinu laganim udarcima. Magnetne sile slobodno prolaze kroz papir i staklo; stoga će se gvozdene strugotine magnetizirati pod uticajem magneta; kada ih protresemo, oni se na trenutak odvoje od ploče i lako se mogu rotirati pod uticajem magnetnih sila.
Kao rezultat toga, piljevina je raspoređena u redove, jasno otkrivajući raspodjelu nevidljivog magnetne linije. Magnetne sile stvaraju složen sistem zakrivljene linije. Možete vidjeti kako se blistavo razilaze sa svakog pola magneta. Što je bliže polu, to su linije piljevine deblje i jasnije; naprotiv, s udaljavanjem od pola one se razrjeđuju i gube svoju jasnoću, što jasno pokazuje slabljenje magnetskih sila s udaljenosti.
Relevantnost rada
Rad je posvećen poboljšanju dobijanja obrazaca magnetnog polja koji jasno pokazuju magnetne linije. Koristeći poznate metode Da bi se dobili ravni uzorci, potrebno je razviti metodu za dobijanje trodimenzionalnih obrazaca magnetnog polja.
Snimanje slike pomoću magneta i željeznih strugotina
Da biste dobili takav crtež, trebate uzeti: magnet, malo staklo, list papira, željezne strugotine. Prvo smo magnet postavili na radni sto, a zatim ga pokrili staklom. Na staklo je stavljen list papira, nakon čega su posipani gvozdeni opiljci. Da bi to uspjelo prelep crtež treba:
1) Ne prskajte gvozdene strugotine sa male visine od magneta. To uzrokuje da se piljevina skuplja u zraku i pada na list u hrpi.
2) Bolje je posipati gvozdene strugotine u blizini polova tako da su magnetne linije jasno vidljive.
Utjecaj magnetnog polja na ekran
Magnetno polje magneta takođe utiče na ekran. Ako uzmete magnet i donesete ga na ekran, dešava se mnogo različitih stvari:
1. Izobličenje slike na ekranu.
2. Promenite paletu boja ekrana.
Ako magnet prinesete direktno na staklo displeja, na njemu se pojavljuje jedinstvena i lijepa slika. Kako se magnet udaljava od ekrana, slika postaje manje jasna. Na fotografijama koje su snimljene u ovom trenutku možete vidjeti određeni obrazac. Ako se dva magneta u obliku prstena postave na ekran ekrana, formira se uzorak koji se razlikuje od uzorka koji formira jedan magnet. Na ivici ovih crteža vide se linije koje su na neki način povezane sa magnetnim poljem. Ako se promijeni broj magneta ili se promijeni lokacija magnetnih polova, tada će obrazac biti drugačiji. Ako se magnet u obliku prstena sa velikom magnetskom silom postavi na ekran ekrana, ekran će postati taman, a unutar prstena ekran će sijati različitim bojama.
Knjiga kaže da magnetno polje djeluje na elektrone. U ovoj interakciji, elektroni ne ulaze u Pravo mesto i dolazi do izobličenja. Eksperimenti su izvedeni na starom monitoru.
Dobivanje trodimenzionalnih slika magnetnog polja
Tokom rada dobijeni su uzorci magnetnog polja različitih magneta i fotografisani pomoću gvozdenih strugotina. Prilikom analize rezultata uočeno je da su obrasci magnetnog polja ili ravni ili se piljevina uzdiže na malu visinu, te ne daju potpune informacije o magnetskom polju. Uostalom, da biste dobili slike magnetnog polja čak i jednog magneta, potrebno je napraviti nekoliko eksperimenata. Da bi se dobila slika magnetskog polja jednog magneta potreban je jedan eksperiment, drugog magneta potreban je drugi eksperiment. Postavilo se pitanje: kako dobiti uzorke magnetnog polja u volumenu? Šta je potrebno učiniti da se dobije volumetrijska slika magnetnog polja? Pojavljuje se problem, sila gravitacije koja djeluje na željezne opiljke ometa. Da biste riješili ovaj problem, morate smanjiti težinu piljevine. Smanjite tjelesnu težinu u normalnim uslovima moguće samo sa tečnošću. U tom slučaju je prikladna tečnost glicerina. Prednosti ove tečnosti:
1. Ima veću gustinu od vode = 1260 kg/m3
2. Glicerin je providan.
3. Glicerin je bezopasan za ljudsko zdravlje.
4. Glicerin ima dobar viskozitet.
Ako uzmete vodu, sila uzgona će biti manja. Zašto? Voda ima manju gustinu od glicerina. Voda je niskog viskoziteta.
Opis opreme
Dvije posude su uzete u obliku pravougaoni paralelepiped od pleksiglasa dimenzija 85 x 85 x 55 mm. Jedna posuda nije zatvorena, u slučaju da treba dodati piljevinu ili glicerin, već se zatvara bronzanim vijcima i postaje hermetički zatvorena. Da bi se posuda zatvorila, površina rubova posude je premazana epoksidnom smolom, a poklopac je čvrsto pritisnut uz posudu. Izrađena je još jedna posuda za prikaz slika magnetnim poljem, ali su u njoj ostavljene dvije željezne metalne šipke. Prije zatvaranja posude potrebno je u nju sipati glicerin i dodati željezne strugotine. Da biste izvršili eksperimente, morate temeljito pomiješati glicerin i piljevinu, rotirajući posudu u ruci.
1. Treba uzeti posudu bez šipki i oštrim pokretima umiješati piljevinu u glicerin i postaviti je na magnet velike magnetske sile. Tada će gvozdene strugotine izgraditi trodimenzionalni obrazac magnetnih linija ne samo na dnu posude, već i na velika udaljenost sa dna.
2. Potrebno je uzeti posudu sa šipkama i oštrim pokretima je promiješati i postaviti na magnet. Tada će gvozdene strugotine izgraditi trodimenzionalni uzorak u blizini šipki i na dnu posude.
Potrebno je nekoliko minuta da gvozdene strugotine naprave trodimenzionalnu sliku magnetnog polja. Zatim možete ukloniti posudu i postaviti magnet na drugo mjesto i slika će se ponovo pojaviti. Ali bolje je ostaviti posudu na jedan dan, jer je glicerin malo zamućen, pa će slika biti bolja.
Korišćenjem epoksidna smola, gvozdena strugotina u maloj plastičnoj kutiji bila je pokušaj da se dobije slika magnetnog polja. Eksperiment je bio uspješan, ali ga je potrebno ponoviti.
Moji utisci: nakon što sam vidio ove pojave, bio sam zadivljen ovim svojstvom magneta. Za mene je ovo veoma zanimljivo i uzbudljivo. Ovisno o vrsti magneta, obrasci magnetnog polja su različiti. Slike magnetnog polja uvijek ispadnu prelijepe, mogu se mijenjati.
Magneti u vazduhu
Kada su vršeni eksperimenti za dobijanje obrazaca magnetnog polja, desilo se sledeće: kada se magnet pomerio ispod stakla, gvozdene strugotine su se pomerale zajedno sa magnetom i promenile ugao nagiba i visinu. Postavilo se pitanje: šta bi se dogodilo da se komadići magneta stave u promjenljivo magnetsko polje? Ako spojite žičanu zavojnicu sa željeznom jezgrom na izvor struje, stvorit će se magnetsko polje. Ako se gvozdena strugotina stavi pored namotaja žice, može se dobiti slika magnetnog polja. Ako ga spojite na izvor istosmjerne struje (baterija, akumulator), tada će gvozdene strugotine stvoriti stacionarni obrazac magnetnog polja. I ako do izvora naizmjenična struja, tada možete čuti tiho zujanje, što znači da piljevina vibrira. Ovo se može koristiti za eksperimente. Pogledajmo tok eksperimenta:
1. Uzmite kuglice od pjene i stavite u njih slomljene dijelove magneta.
3. Nakon toga stavite kuglice od pjene sa komadićima magneta u kutiju.
4. Postavite kutiju loptica na kotur.
5. Coil of bakrene žice spojite na AC izvor napajanja.
Kao rezultat djelovanja magnetskog polja na fragmente magneta u kuglicama iz djelovanja eksperimenta, stvara se haotično kretanje molekula u magnetskom polju.
Kućni magneti
U mojoj porodici magnetni suveniri se mogu vidjeti na frižideru. Ovi magneti su, da tako kažem, dekorativni. Dobijamo ih od rodbine, poznanika koji su negdje bili na odmoru ili ih po tradiciji donosimo sami sa odmora.
Ali najvažnija upotreba magneta za frižider je skrivena od naših očiju. U frižiderima se trakasti magneti koriste za brtvljenje vrata. Time se vrata privlače za tijelo i dolazi do zaptivanja; vlaga ne ulazi u hladnjak.
Imamo i komplet alata koji sadrži magnetizirane odvijače. Takvi odvijači su potrebni kako ne biste izgubili nijedan vijak. Kod kuće postoje zavjese, na njih su okačene magnetne kopče da daju željeni oblik. Tu je i jednostavan magnet na koji vješamo ključeve od kuće da se ne izgube. Ranije se kod kuće koristio muzički centar koji je imao dva zvučnika, ovi zvučnici imaju magnete. IN kućanskih aparataČesto se koriste magneti.
Postoje suveniri čiji se princip rada zasniva na korišćenju magnetnog polja magneta. Imam posebne magnete od kojih možete napraviti različite lančiće. U učionici fizike nalazi se suvenir „horizontalna rotacija“. Vrh okretnog vrha leži na staklu, visi iznad postolja i može se odvrnuti. Igra se pikado. Moderne pikado se zasnivaju na djelovanju magneta; strelica ima magnet na vrhu.
Rezultati rada
1. Dobijene su slike magnetnog polja magneta različitih oblika;
2. Dobijene su slike magnetnog polja magneta različite magnetske jačine;
3. Dobijene su slike izobličenja slike na ekranu na ekranu;
4. Dobijene su trodimenzionalne slike magnetnih polja magneta različite forme i različita magnetna snaga;
5. Sastavljena je zbirka fotografskih slika obrazaca magnetnog polja na digitalnim medijima;
6. Napravljen je model pokretnih magneta u naizmjeničnom magnetskom polju;
7. Učinjen je pokušaj da se dobije "vječna" slika magnetnog polja.
8. Rad se može nastaviti radi dobijanja složenijih obrazaca magnetnih polja.
zaključci
1. Obrasci magnetnih polja su različiti.
2. Njihov tip zavisi od:
a) - na oblik magneta;
b) - od magnetne sile;
c) - o prisustvu stubova.
3. Magnetno polje djeluje na sliku na ekranu starog displeja ili TV-a i javljaju se razne pojave
a) - pojava tačaka na ekranu;
b) - izobličenje slike na ekranu;
c) - promjena palete boja ekrana;
d) u rasporedu tačaka na ekranu nagađa se nekakav obrazac.
4. Trodimenzionalne slike magnetno polje daju više informacija o lokaciji magnetnih linija.
5. Promjenjivo magnetno polje uzrokuje kretanje magneta.
književnost:
1. Kartsev V.P. Avanture velikih jednačina, izdavačka kuća "Znanje" M. - 1978.
2. Perelman Ya. I. Zabavna fizika, izdavačka kuća “Science” M.-1972.
3. A. S. Enochovich. Priručnik za fiziku i tehnologiju, izdavačka kuća "Prosveshchenie" M. - 1983.
4. A. Shileiko, T. Shileiko Elektroni...elektroni, izdavačka kuća "Dječja književnost" M. - 1983.
5. L. V. Tarasov Fizika u prirodi M.: Obrazovanje, 1998
Grafički prikaz magnetnog polja. Vektorski fluks magnetne indukcije
Magnetno polje se može grafički prikazati pomoću linija magnetske indukcije. Linija magnetske indukcije je linija čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa smjerom vektora indukcije magnetskog polja (slika 6).
Istraživanja su pokazala da su vodovi magnetne indukcije zatvoreni vodovi koji zatvaraju struje. Gustoća linija magnetske indukcije proporcionalna je veličini vektora in ovo mjesto polja. U slučaju magnetskog polja jednosmjerne struje, linije magnetske indukcije imaju oblik koncentričnih krugova koji leže u ravninama okomitim na struju, sa središtem na pravoj liniji sa strujom. Smjer magnetske indukcije, bez obzira na oblik struje, može se odrediti pomoću pravila gimleta. U slučaju magnetskog polja istosmjerne struje, gimlet se mora rotirati tako da se njegovo translacijsko kretanje poklopi sa smjerom struje u žici, tada će se rotacijsko kretanje ručke giletta poklopiti sa smjerom linija magnetske indukcije ( Slika 7).
Na sl. Na slikama 8 i 9 prikazane su slike linija magnetske indukcije kružnog strujnog polja i polja solenoida. Solenoid je skup kružnih struja sa zajedničkom osom.
Linije indukcionog vektora unutar solenoida su paralelne jedna s drugom, gustina linija je ista, polje je jednolično (= const). Polje solenoida je slično polju permanentni magnet. Kraj solenoida iz kojeg izlaze indukcijske linije sličan je sjevernom polu - N, suprotni kraj solenoida je sličan južnom polu - S.
Broj linija magnetske indukcije koje prodiru u određenu površinu naziva se magnetni tok kroz tu površinu. Odrediti magnetni fluks slovo F u (ili F).
 ,
| (3) |
Gdje je α ugao koji formiraju vektor i normala na površinu (slika 10).
– projekcija vektora na normalu na područje S.
Magnetski fluks se mjeri u webers (Wb): [F]=[B]× [S]=T× m 2 = =
Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispita: interakcija magneta, magnetsko polje provodnika sa strujom.
Magnetska svojstva materije poznata su ljudima od davnina. Magneti su dobili ime po drevnom gradu Magneziji: u njegovoj blizini mineral (kasnije nazvan magnetna željezna ruda ili magnetit), čiji su komadi privlačili željezne predmete.
Interakcija magneta
Na dvije strane svakog magneta nalaze se sjeverni pol I Južni pol. Dva magneta međusobno privlače suprotni polovi i odbijaju ih slični polovi. Magneti mogu djelovati jedni na druge čak i kroz vakuum! Sve ovo liči na interakciju električnih naboja, kako god interakcija magneta nije električna. O tome svjedoče sljedeće eksperimentalne činjenice.
Magnetna sila slabi kako se magnet zagrijava. Jačina interakcije tačkastih naelektrisanja ne zavisi od njihove temperature.
Magnetna sila slabi ako se magnet protrese. Ništa slično se ne dešava sa električno nabijenim telima.
Pozitivni električni naboji se mogu odvojiti od negativnih (na primjer, kada se naelektriziraju tijela). Ali nemoguće je razdvojiti polove magneta: ako magnet presiječete na dva dijela, tada se na mjestu reza pojavljuju i polovi, a magnet se dijeli na dva magneta sa suprotnim polovima na krajevima (orijentirani na potpuno isti način kao polovi originalnog magneta).
Dakle, magneti Uvijek bipolarni, postoje samo u obliku dipoli. Izolovani magnetni polovi (tzv magnetnih monopola- analozi električnog naboja) ne postoje u prirodi (u svakom slučaju, još nisu eksperimentalno otkriveni). Ovo je možda najupečatljivija asimetrija između elektriciteta i magnetizma.
Poput električno nabijenih tijela, magneti djeluju na električne naboje. Međutim, magnet djeluje samo na njega kreće se punjenje; ako naelektrisanje miruje u odnosu na magnet, onda se efekat magnetske sile na naelektrisanje ne primećuje. Naprotiv, naelektrisano tijelo djeluje na bilo koji naboj, bez obzira da li miruje ili je u pokretu.
Prema modernim konceptima teorije kratkog dometa, interakcija magneta se odvija kroz magnetsko polje Naime, magnet stvara magnetsko polje u okolnom prostoru, koje djeluje na drugi magnet i uzrokuje vidljivo privlačenje ili odbijanje ovih magneta.
Primjer magneta je magnetna igla kompas. Pomoću magnetne igle možete procijeniti prisustvo magnetnog polja u datom području prostora, kao i smjer polja.
Naša planeta Zemlja je džinovski magnet. Nedaleko od sjevernog geografskog pola Zemlje nalazi se južni magnetni pol. Dakle, sjeverni kraj igle kompasa, okrenut prema južnom magnetnom polu Zemlje, pokazuje na geografski sjever. Odatle potiče naziv "sjeverni pol" magneta.
Linije magnetnog polja
Podsjećamo, električno polje se proučava pomoću malih probnih naboja, po utjecaju na koji se može suditi o veličini i smjeru polja. Analog probnog naboja u slučaju magnetnog polja je mala magnetna igla.
Na primjer, možete dobiti neki geometrijski uvid u magnetsko polje postavljanjem vrlo malih iglica kompasa na različite točke u prostoru. Iskustvo pokazuje da će se strelice poredati duž određenih linija – tzv linije magnetnog polja. Hajde da definišemo ovaj koncept u obliku sledeće tri tačke.
1. Linije magnetnog polja, ili magnetne linije sile, su usmjerene linije u prostoru koje imaju sljedeće svojstvo: mala igla kompasa postavljena u svakoj tački na takvoj liniji orijentirana je tangentno na ovu liniju.
2. Smjer linije magnetnog polja smatra se smjerom sjevernih krajeva igala kompasa koji se nalaze u tačkama na ovoj liniji.
3. Što su linije gušće, to je jače magnetsko polje u datom području prostora..
Gvozdene strugotine mogu uspešno služiti kao igle kompasa: u magnetnom polju, male strugotine postaju magnetizovane i ponašaju se baš kao magnetne igle.
Dakle, izlivanjem gvozdenih strugotina oko stalnog magneta, videćemo otprilike sledeću sliku linija magnetnog polja (slika 1).
Rice. 1. Trajno magnetno polje
Sjeverni pol magneta označen je plavom bojom i slovom; južni pol - crveno i slovo . Imajte na umu da linije polja napuštaju sjeverni pol magneta i ulaze u južni pol: na kraju krajeva, sjeverni kraj igle kompasa će biti usmjeren prema južnom polu magneta.
Oerstedovo iskustvo
Unatoč činjenici da su električni i magnetski fenomeni poznati ljudima od antike, između njih nema veze dugo vremena nije primećeno. Nekoliko vekova, istraživanja elektriciteta i magnetizma odvijala su se paralelno i nezavisno jedno od drugog.
Izvanredna činjenica da su električni i magnetni fenomeni zapravo povezani jedni s drugima prvi put je otkrivena 1820. godine - u čuvenom Oerstedovom eksperimentu.
Dijagram Oerstedovog eksperimenta prikazan je na sl. 2 (slika sa sajta rt.mipt.ru). Iznad magnetne igle (a to su sjeverni i južni pol igle) nalazi se metalni provodnik spojen na izvor struje. Ako zatvorite strujni krug, strelica se okreće okomito na provodnik!
Ovaj jednostavan eksperiment direktno je ukazao na vezu između elektriciteta i magnetizma. Eksperimenti koji su slijedili Oerstedov eksperiment čvrsto su utvrdili sljedeći obrazac: magnetno polje nastaje električnim strujama i djeluje na struje.
Rice. 2. Oerstedov eksperiment
Obrazac linija magnetnog polja koje stvara provodnik sa strujom zavisi od oblika vodiča.
Magnetno polje ravne žice koja nosi struju
Linije magnetnog polja ravne žice koja vodi struju su koncentrični krugovi. Centri ovih kružnica leže na žici, a njihove ravni su okomite na žicu (slika 3).
Rice. 3. Polje ravne žice sa strujom
Postoje dva alternativna pravila za određivanje smjera prednjih linija magnetnog polja.
Pravilo u smjeru kazaljke na satu. Linije polja idu suprotno od kazaljke na satu ako gledate tako da struja teče prema nama.
Screw rule(ili pravilo gimleta, ili pravilo vadičepa- ovo je nekome bliže ;-)). Linije polja idu tamo gdje treba da zavrtite vijak (sa običnim desnim navojem) tako da se kreće duž navoja u smjeru struje.
Koristite pravilo koje vam najviše odgovara. Bolje je da se naviknete na pravilo u smjeru kazaljke na satu - kasnije ćete se uvjeriti da je univerzalniji i lakši za korištenje (i onda ga se sa zahvalnošću sjetiti na prvoj godini, kada budete studirali analitičku geometriju).
Na sl. 3 pojavilo se nešto novo: ovo je vektor tzv indukcija magnetnog polja, ili magnetna indukcija. Vektor magnetske indukcije je analog vektora napetosti električno polje: on služi karakteristika snage magnetsko polje, određujući silu kojom magnetno polje djeluje na pokretne naboje.
Kasnije ćemo govoriti o silama u magnetskom polju, ali za sada ćemo samo napomenuti da je veličina i smjer magnetskog polja određen vektorom magnetske indukcije. U svakoj tački u prostoru, vektor je usmjeren u istom smjeru kao i sjeverni kraj igle kompasa postavljen u datu tačku, odnosno tangenta na liniju polja u smjeru ove linije. Magnetna indukcija se mjeri u Tesla(Tl).
Kao iu slučaju električnog polja, za indukciju magnetskog polja vrijedi sljedeće: princip superpozicije. Leži u činjenici da indukcije magnetnih polja stvorenih u datoj točki različitim strujama se vektorski zbrajaju i daju rezultirajući vektor magnetske indukcije:.
Magnetno polje zavojnice sa strujom
Zamislite kružnu zavojnicu duž koje kruži D.C.. Na slici ne prikazujemo izvor koji stvara struju.
Slika linija polja naše orbite će izgledati otprilike ovako (slika 4).
Rice. 4. Polje zavojnice sa strujom
Bit će nam važno da možemo odrediti u koji je poluprostor (u odnosu na ravan zavojnice) usmjereno magnetsko polje. Opet imamo dva alternativna pravila.
Pravilo u smjeru kazaljke na satu. Linije polja idu tamo, gledajući odakle se čini da struja kruži u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
Screw rule. Linije polja idu tamo gdje će se vijak (sa normalnim desnim navojem) pomicati ako se okrene u smjeru struje.
Kao što vidite, struja i polje mijenjaju uloge - u poređenju sa formulacijom ovih pravila za slučaj jednosmjerne struje.
Magnetno polje strujnog namotaja
Coil Radit će ako čvrsto namotate žicu, okrenete da se okrenete, u dovoljno dugačku spiralu (slika 5 - slika sa en.wikipedia.org). Zavojnica može imati nekoliko desetina, stotina ili čak hiljada zavoja. Zavojnica se također naziva solenoid.
Rice. 5. Zavojnica (solenoid)
Magnetno polje jednog okreta, kao što znamo, ne izgleda baš jednostavno. Polja? pojedinačni zavoji namotaja su superponirani jedan na drugi, i čini se da bi rezultat trebao biti vrlo zbunjujuća slika. Međutim, to nije tako: polje dugačke zavojnice ima neočekivano jednostavnu strukturu (slika 6).
Rice. 6. strujno polje zavojnice
Na ovoj slici struja u zavojnici teče u suprotnom smeru kazaljke na satu kada se gleda sa leve strane (to će se desiti ako je na slici 5 desni kraj zavojnice spojen na „plus” izvora struje, a levi kraj na „ oduzeti"). Vidimo da magnetno polje zavojnice ima dva karakteristična svojstva.
1. Unutar zavojnice, daleko od njegovih rubova, nalazi se magnetsko polje homogena: u svakoj tački vektor magnetske indukcije je isti po veličini i smjeru. Linije polja su paralelne prave; savijaju se samo blizu ivica zavojnice kada izađu.
2. Izvan zavojnice polje je blizu nule. Što više zavoja u zavojnici, to slabije polje izvan nje.
Imajte na umu da beskonačno duga zavojnica uopće ne oslobađa polje prema van: nema magnetnog polja izvan zavojnice. Unutar takvog namotaja, polje je svuda jednolično.
Ne podsjeća te ni na šta? Zavojnica je "magnetski" analog kondenzatora. Sjećate se da kondenzator stvara homogenu električno polje, čije se linije savijaju samo blizu ivica ploča, a izvan kondenzatora polje je blizu nule; kondenzator s beskonačnim pločama uopće ne oslobađa polje prema van, a polje je ujednačeno svuda unutar njega.
A sada - glavno zapažanje. Molimo uporedite sliku linija magnetnog polja izvan zavojnice (slika 6) sa linijama magnetnog polja na sl. 1 . To je ista stvar, zar ne? A sada dolazimo do pitanja koje vam se vjerovatno već duže vrijeme nameće: ako se magnetsko polje generira strujama i djeluje na struje, koji je onda razlog za pojavu magnetnog polja u blizini stalnog magneta? Uostalom, čini se da ovaj magnet nije provodnik sa strujom!
Amperova hipoteza. Elementarne struje
U početku se smatralo da se interakcija magneta objašnjava posebnim magnetskim nabojem koncentrisanim na polovima. Ali, za razliku od elektriciteta, niko nije mogao izolovati magnetni naboj; uostalom, kao što smo već rekli, nije bilo moguće odvojeno dobiti sjeverni i južni pol magneta - polovi su uvijek prisutni u magnetu u paru.
Sumnje u vezi sa magnetnim nabojima pojačao je Oerstedov eksperiment, kada se pokazalo da magnetno polje nastaje električnom strujom. Štaviše, pokazalo se da je za bilo koji magnet moguće odabrati provodnik sa strujom odgovarajuće konfiguracije, tako da se polje ovog vodiča poklapa sa poljem magneta.
Amper je iznio hrabru hipotezu. Nema magnetnih naboja. Djelovanje magneta se objašnjava zatvorenim električnim strujama unutar njega.
Koje su to struje? Ove elementarne struje cirkuliraju unutar atoma i molekula; oni su povezani sa kretanjem elektrona duž atomskih orbita. Magnetno polje bilo kojeg tijela sastoji se od magnetnih polja ovih elementarnih struja.
Elementarne struje mogu biti nasumično locirane jedna u odnosu na drugu. Tada se njihova polja međusobno poništavaju, a tijelo ne pokazuje magnetna svojstva.
Ali ako su elementarne struje raspoređene na koordiniran način, tada se njihova polja, zbrajajući, međusobno pojačavaju. Tijelo postaje magnet (slika 7; magnetsko polje će biti usmjereno prema nama; sjeverni pol magneta također će biti usmjeren prema nama).
Rice. 7. Elementarne struje magneta
Amperova hipoteza o elementarnim strujama razjasnila je svojstva magneta.Zagrijavanjem i drhtanjem magneta uništava se red njegovih elementarnih struja, a magnetna svojstva slabe. Nerazdvojivost polova magneta postala je očigledna: na mjestu gdje je magnet presečen, dobijamo iste elementarne struje na krajevima. Sposobnost tijela da se magnetizira u magnetskom polju objašnjava se koordinisanim poravnanjem elementarnih struja koje se pravilno "okreću" (o rotaciji kružne struje u magnetskom polju pročitajte u sljedećem listu).
Amperova hipoteza se pokazala istinitom - to je pokazao daljnji razvoj fizike. Ideje o elementarnim strujama postale su sastavni dio teorije atoma, razvijene već u dvadesetom stoljeću - gotovo stotinu godina nakon Ampereovog sjajnog nagađanja.
Znamo da provodnik sa strujom stvara magnetno polje oko sebe. Stalni magnet također stvara magnetno polje. Hoće li polja koja stvaraju biti drugačija? Nesumnjivo hoće. Razlika između njih može se jasno vidjeti ako kreirate grafičke slike magnetnih polja. Linije magnetnog polja će biti drugačije usmjerene.
Uniformna magnetna polja
Kada strujni provodnik magnetne linije formiraju zatvorene koncentrične krugove oko provodnika. Ako pogledamo poprečni presjek provodnika sa strujom i magnetsko polje koje stvara, vidjet ćemo skup krugova raznih prečnika. Slika lijevo prikazuje samo provodnik koji nosi struju.
Što ste bliže provodniku, jači je efekat magnetnog polja. Kako se udaljavate od vodiča, djelovanje i, prema tome, jačina magnetskog polja će se smanjiti.
Kada permanentni magnet imamo linije koje izlaze iz južnog pola magneta, prolaze duž tijela samog magneta i ulaze u njegov sjeverni pol.
Nakon što smo grafički skicirali takav magnet i magnetske linije magnetskog polja koje on formira, vidjet ćemo da će djelovanje magnetskog polja biti najjače u blizini polova, gdje su magnetske linije najgušće smještene. Slika lijevo sa dva magneta samo prikazuje magnetno polje trajnih magneta.
Vidjet ćemo sličnu sliku lokacije magnetskih linija u slučaju solenoida ili zavojnice sa strujom. Magnetne linije će imati najveći intenzitet na dva kraja ili kraja zavojnice. U svim gore navedenim slučajevima imali smo neujednačeno magnetno polje. Magnetne linije su imale različitom pravcu, a njihova gustina je bila različita.
Može li magnetno polje biti jednolično?
Ako bolje pogledamo grafička slika solenoid, videćemo da su magnetne linije paralelne i da imaju istu gustinu samo na jednom mestu unutar solenoida.
Ista slika će se posmatrati unutar tela trajnog magneta. I ako u slučaju stalnog magneta ne možemo da se "popnemo" unutar njegovog tijela, a da ga ne uništimo, onda u slučaju zavojnice bez jezgre ili solenoida, unutar njih dobivamo jednolično magnetsko polje.
Takvo polje može biti potrebno od strane osobe u nizu tehnološkim procesima, tako da je moguće konstruirati solenoide dovoljne veličine da to dopuste neophodne procese unutar njih.
Grafički, navikli smo da magnetske linije prikazujemo kao krugove ili segmente, odnosno čini nam se da ih vidimo sa strane ili uzduž. Ali šta ako je crtež kreiran na način da su ove linije usmjerene prema nama ili prema nama poleđina od nas? Zatim se crtaju u obliku tačke ili križa.
Ako su usmjereni prema nama, onda su prikazani kao tačka, kao da je vrh strijele koja leti prema nama. U suprotnom slučaju, kada su usmjereni od nas, nacrtani su u obliku križa, kao da je to rep strijele koja se udaljava od nas.
Oerstedov eksperiment iz 1820. Na šta ukazuje devijacija magnetne igle pri zatvaranju električno kolo? Postoji magnetsko polje oko provodnika koji vodi struju. Na to reaguje magnetna igla. Izvor magnetskog polja su pokretni električni naboji ili struje.
Oerstedov eksperiment iz 1820. Na šta ukazuje činjenica da se magnetna igla okreće? To znači da je smjer struje u vodiču obrnut.
Amperov eksperiment iz 1820. Kako objasniti činjenicu da provodnici sa strujom međusobno djeluju? Znamo da magnetno polje djeluje na provodnik kroz koji teče struja. Stoga se fenomen interakcije struja može objasniti na sljedeći način: struja u prvom provodniku stvara magnetno polje koje djeluje na drugu struju i obrnuto...
Jedinica struje Ako struja od 1 A teče kroz dva paralelna vodiča dužine 1 m, koja se nalaze na udaljenosti od 1 m jedan od drugog, tada oni djeluju u interakciji sa silom N.
Jedinica struje je 2 A. Kolika je jačina struje u provodnicima ako su u interakciji sa silom H?
Šta je magnetno polje i koja su njegova svojstva? 1.MP je poseban oblik materija koja postoji nezavisno od nas i našeg znanja o njoj. 2.MF se generiše pokretnim električnim nabojima i detektuje se po njegovom uticaju na pokretne električne naboje. 3. Sa udaljenosti od MF izvora slabi.
Svojstva magnetnih linija: 1. Magnetne linije su zatvorene krive. Šta to znači? Ako uzmete komad magneta i razbijete ga na dva dijela, svaki komad će opet imati "sjeverni" i "južni" pol. Ako dobijeni komad ponovo razbijete na dva dijela, svaki dio će opet imati “sjeverni” i “južni” pol. Nije važno koliko su mali rezultujući komadi magneta, svaki komad će uvijek imati "sjeverni" i "južni" pol. Nemoguće je postići magnetni monopol ("mono" znači jedan, monopol - jedan pol). Barem je ovo moderno gledište na ovaj fenomen. Ovo sugerira da magnetni naboji ne postoje u prirodi. Magnetski polovi ne može se podijeliti.
2. Magnetno polje se može otkriti... A) djelovanjem na bilo koji provodnik, B) djelovanjem na provodnik kroz koji teče električna struja, C) nabijenom teniskom loptom okačenom na tankoj nerastezljivoj niti, D ) o pokretnim električnim nabojima. a) A i B, b) A i B, c) B i C, d) B i D.
7. Koje su tvrdnje tačne? O. Električni naboji postoje u prirodi. B. Magnetna naelektrisanja postoje u prirodi. B. Električni naboji ne postoje u prirodi. D. U prirodi nema magnetnih naelektrisanja. a) A i B, b) A i B, c) A i D, d) B, C i D.
10. Dva paralelna provodnika dužine 1 m, koja se nalaze na udaljenosti od 1 m jedan od drugog, kada kroz njih teče električna struja, privlače se silom N. To znači da kroz provodnike teku struje... a) u suprotnom pravci, po 1 A, b) jedan smjer na 1 A, c) suprotni smjerovi na 0,5 A, d) jedan smjer na 0,5 A.
23. Magnetna igla će odstupiti ako se postavi blizu... A) blizu toka elektrona, B) blizu toka atoma vodonika, C) blizu toka negativnih jona, D) blizu toka pozitivnih jona, E) blizu protoka jezgara atoma kiseonika. a) svi odgovori su tačni, b) A, B, C i D, c) B, C, D, d) B, C, D, E
3. Slika prikazuje poprečni presjek provodnika sa strujom u tački A, električna struja ulazi okomito na ravan slike. Koji od smjerova prikazanih u tački M odgovara smjeru vektora B indukcije magnetskog polja struje u ovoj tački? a) 1, b) 2, c) 3, 4)
