Презентация к уроку по теме: "Магнитные взаимодействия"

Магнитные взаимодействия

У. Гильберт (1544-1603)

• 1611 г. книга «О магнитах и большом магните Земля»

Опыт Эрстеда

• Ханс Эрстед (1777 – 1851 гг) - датский учёный, физик, исследователь явлений электромагнетизма. Создал в Дании первую физическую лабораторию, занимался улучшением преподавания физики в школе.

Магнитное поле

• Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.
• Магнитное поле порождается током (движущимися зарядами) и обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).

Вектор магнитной индукции

• Векторную величину, характеризующую магнитное поле, называют вектором магнитной индукции (обозначают буквой

Направление вектора магнитной индукции

• За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Модуль вектора магнитной индукции

• Магнитной индукцией ( точнее, модулем магнитной индукции) назовем величину, пропорциональную отношению максимального момента сил, действующего на рамку, к произведению силы тока в ней на ее площадь:

Принцип суперпозиции полей

Если в данной точке пространства различные токи создают магнитные поля, магнитные индукции которых

и т. д., то результирующая магнитная индукция в этой точке равна:

Линии магнитной индукции

• Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке пространства.

• Линии магнитной индукции не имеют начала, ни конца. Они всегда замкнуты .
• Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.

Магнитный поток

Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью ∆S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь ∆S и косинус угла α между векторами В ⃗ и (𝑛 ) ⃗ (нормалью к поверхности):

Закон Био –Савара – Лапласа

к – коэффициент пропорциональности , зависящий от выбора системы единиц

Правило буравчика или винта

• Если рукоятку буравчика поворачивать на меньший угол от вектора , стоящего первым в векторном произведении, к вектору , то вектор направлен в сторону поступательного перемещения буравчика.

Направление вектора магнитной индукции

Направление вектора магнитной индукции

• А) от южного полюса к северному
• Б) с помощью правила буравчика

Буравчик – винт с правой нарезкой, т.е. завинчивается по часовой стрелке, вывинчивается – против .

Правило буравчика

• Если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитной индукции.

Правило правой руки

Закон Ампера

• Определяет силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.
• Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Сила Ампера -

это сила, с которой МП действует на проводник с током.

Сила Ампера имеет:

• модуль Fа , который вычисляют по формуле

где α – угол между вектором индукции

и направлением тока в проводнике

2. направление в пространстве, которое определяется по правилу левой руки :

Если левую руку расположить так, чтобы вектор

магнитной индукции входил в ладонь, а вытянутые

четыре пальца были направлены вдоль тока, то отведенный на 90 ˚ большой палец укажет

направление действия силы Ампера.

Сила Лоренца

• Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца.

Магнитное поле в веществе

Магнитная проницаемость

• Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Если два витка с токами поместить в какую-либо среду, то сила магнитного взаимодействия между токами изменяется.

• Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция B магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции B0 магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью:

Во внешнем магнитном поле парамагнетики намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю , а диамагнетики намагничиваются против внешнего поля.

В неоднородном магнитном поле между полюсами электромагнита парамагнетики втягиваются в область сильного поля, а диамагнетики – выталкиваются.

Ферромагнетики

• Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками.
• Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 10 2 -10 5 .
• Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава железа с никелем магнитная проницаемость достигает значений 250 000.
• К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента:
• • Fe - железо;
• • Ni - никель;
• • Co - кобальт;
• • Gd – гадолиний.

Наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо.

Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков

Магнитная проницаемость μ ферромагнетиков не является постоянной величиной: она сильно зависит от индукции B 0 внешнего поля. В таблицах обычно приводятся значения максимальной магнитной проницаемости.

Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от индукции внешнего магнитного поля.

Для каждого ферромагнетика существует определенная температура ( температура или точка Кюри ), выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком.

У железа температура Кюри равна 770°C, у кобальта 1130°C, у никеля 360°C, у гадолиния 16°C.

Ферромагнитные материалы делятся на две большие группы: магнитомягкие и магнитожесткие материалы.

Магнитомягкие ферромагнитные материалы почти полностью размагничиваются при снятии внешнего магнитного поля.

К магнитомягким материалам относится чистое железо,

электротехническая сталь и некоторые сплавы.

Магнитомягкие материалы применяются в приборах переменного тока, в которых происходит непрерывное перемагничивание (трансформаторы, электродвигатели и т.п.).

Магнитожесткие материалы сохраняют в значительной мере свою намагниченность и после удаления их из магнитного поля.

Примерами магнитожестких материалов могут служить углеродистая сталь и ряд специальных сплавов.

Магнитожесткие материалы используются в основном для изготовления постоянных магнитов.

Индуктивность

Магнитная индукция B поля, создаваемого током пропорциональна току. Поэтому, сцепленный с контуром магнитный поток:

Коэффициент пропорциональности L называется

коэффициентом самоиндукции или

индуктивностью катушки.

Единица индуктивности в СИ называется генри ( Гн ).

Джозеф Генри ( Joseph Henry)

(1797-1878) – известный

американский физик .

Энергия магнитного поля

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии. Если включить электрическую лампу параллельно катушке с большой индуктивностью в электрическую цепь постоянного тока, то при размыкании ключа наблюдается кратковременная вспышка лампы. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Энергия магнитного поля

Энергия W м магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

Контрольная работа по теме «Магнитное поле». Вариант 1.

Уровень 1.

№ 1. Длина активной части проводника 15 см. Угол между направлением тока и индукцией магнитного поля равен 90 0 . С какой силой магнитное поле с индукцией 40мТл действует на проводник, если сила тока в нем 12 А?

№ 3. Определите индуктивность катушки, которую при силе тока 8,6 А пронизывает магнитный поток 120мВб.

Вариант 2

№ 3. В катушке с индуктивностью 0,6 Гн сила тока 20 А. Какова энергия магнитного поля катушки?

№ 2. На протон, движущийся со скоростью 107 м/с в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям индукции, действует сила 0,32∙10 -12 Н. Какова индукция магнитного поля?

№ 4. Определите по условию задачи №2 радиус окружности, по которой движется протон, период обращения, импульс электрона, его кинетическую энергию, а также ускоряющую разность потенциалов, которую прошел протон, прежде чем попал в магнитное поле.

Вариант 2

№ 2. Электрон со скоростью 5 ∙10 7 м/с влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,8 Тл под углом 30 0 к линиям индукции. Найти силу, действующую на электрон.

№ 4. Определите по условию задачи №2 радиус окружности, по которой движется электрон, период обращения, импульс электрона, его кинетическую энергию, а также ускоряющую разность потенциалов, которую прошел электрон, прежде чем попал в магнитное поле.

Уровень 2. Вариант 1

№ 1. Участок проводника длиной 10см находится в магнитном поле. Сила электрического тока, протекающего по проводнику, 10 А. При перемещении проводника на 8 см в направлении действия силы Ампера она совершила работу 4мДж. Чему равна индукция магнитного поля? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

№ 2. По катушке протекает ток, создающий магнитное поле энергией 0,5 Дж. Магнитный поток через катушку 10 мВб. Найти силу тока.

Уровень 2. Вариант 2

№ 1. Участок проводника длиной 20 см находится в магнитном поле индукцией 25 мТл. Сила Ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия совершает работу 4 мДж. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции. Чему равна сила тока, протекающего по проводнику?

№ 2. Плоская прямоугольная катушка из 200 витков со сторонами 10 см и 5 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 50 мТл. Какой максимальный вращающий момент может действовать на катушку в этом поле, если сила тока в ней 2 А?

Уровень 3. Вариант 1

№ 1.Горизонтальные рельсы находятся на расстоянии 30 см друг от друга. На них лежит стержень массой 100г перпендикулярно рельсам. Вся система находится в вертикальном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл. При пропускании по стержню тока 2 А, он движется с ускорением 2 м/с 2 . Найти коэффициент трения между рельсами и стержнем.

Уровень 3. Вариант 2

№ 1. Прямой проводник длиной 20 см и массой 50 г подвешен на двух легких нитях в однородном магнитном поле, вектор индукции которого направлен горизонтально и перпендикулярно проводнику. Какой силы ток надо пропустить через проводник, чтобы нити разорвались? Индукция поля 50 мТл. Каждая нить разрывается при нагрузке 0,4 Н.