Как сделать направленное магнитное поле
Обновлено: 05.07.2024
как создать магнитное поле? Только обьясните пожалуйста всё понятно(без научных терминов" заранее спасибо!
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др. )
Наверное имелось ввиду Электромагнитное поле, тогда смотри ответы ниже, они вполне подходят.
Если просто, то так: взять источник магнитного поля - постоянный магнит или электромагнит с постоянным током, протекающим по его катушке.
а) найти постоянный магнит. В нем магнитное поле создается электронами, кружащимися вокруг ядер атомов.
б) пропустить ток по проводу. Вокруг провода создастся магнитное поле.
Вильям Гильберт (1540-1603)
Естественные
Искусственные
2. магнит имеет два полюса: северный и южный, они различны по своим свойствам: в различных частях он обладает различной притягательной силой; на полюсах эта сила наиболее заметна
3. разноименные полюсы притягиваются, одноименные отталкиваются;
4. земной шар — большой магнит
5. Невозможно получить магнит с одним полюсом
6. при сильном нагревании магнитные свойства у природных и искусственных магнитов исчезают
7. магниты оказывают свое действие через стекло, кожу и воду.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий. За направление магнитной линии принято направление, которое
указывает северный полюс
магнитной стрелки
Это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока. Она представляет из себя маленький магнит, установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный .Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы. Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на "север".
Поле, в разных точках которого силы, действующие на магнитную стрелку различны по модулю или направлению
Поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению
На нас От нас
2 способа получения
Опыт Эрстеда
учащихся, вносят элементы исследования в их работу, содействуют выбору будущей профессии. Кроме того они имеют большое
Рассмотрим опыт, показывающий взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
При замыкании электрической цепи магнитная стрелка
отклоняется от своего
первоначального положения,
при размыкании цепи
магнитная стрелка
возвращается в
исходное состояние
1820 г. - опыт Ампера
Свойства магнитного поля
- Магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами);
- Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды);
- Магнитное поле материально, т.к. оно действует на тела, следовательно обладает энергией;
- Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.
Под действием магнитного поля тока
магнитные стрелки или железные опилки располагаются по концентрическим окружнос-тям
ПРАВИЛО БУРАВЧИКА
если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Правило правой руки для проводника с током
Если правую руку расположить так, чтобы большой палец был направлен по току, то остальные четыре пальца покажут направление линии магнитной индукции
Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением
Группа исследователей из разных стран, в том числе физики из российского МИФИ, предложили новый способ использования лазеров для генерации суперсильных магнитных полей. Эти поля по своей мощности на порядок превосходят те, что мы способны произвести на нашей планете. Они могут стать ключом к использованию чистой энергии ядерного синтеза и моделированию астрофизических процессов в лаборатории.
Сильнее любого магнитного поля на Земле.
Исследователи предложили новый способ использования лазеров для генерации магнитных полей, которые по своей мощности на порядок превосходят те, что мы на сегодняшний день способны произвести на нашей планете.
В природе подобные суперсильные поля существуют только в космическом пространстве, и они могут быть ключом к использованию чистой энергии ядерного синтеза и моделированию астрофизических процессов в лабораторных условиях.
Идея захватывающая, однако до сих пор в качестве доказательств жизнеспособности данной технологии физики использовали лишь теоретические расчеты, и экспериментально она пока не подтверждена, на что имеется уважительная причина: на данный момент мы не располагаем достаточно мощными лазерами, чтобы ее проверить.
Между тем на бумаге замысел работает благодаря так называемому эффекту Фарадея, который является результатом необычного взаимодействия между светом и магнитным полем.
Это довольно сложный процесс. Если говорить в общих чертах, эффект Фарадея связан с тем фактом, что при движении электромагнитной волны — такой, как видимый свет — через немагнитную среду ее плоскость поляризации будет вращаться при наличии постоянного магнитного поля.
Если разбирать это явление немного подробнее, можно сказать, что, когда свет поляризован, это значит, что все световые волны вибрируют в одной плоскости. Но угол этой плоскости может вращаться.
А благодаря эффекту Фарадея при свете, проходящем через среду, плоскость поляризации будет вращаться в соответствии с постоянным магнитным полем.
Как все это связано с лазерами? Ну, побочный результат эффекта Фарадея заключается в том, что, если вы начинаете воздействовать на поляризацию видимого света, проходящего через магнитную среду, она будет порождать магнитное поле.
Чем сильнее электромагнитная волна, тем выше производимое ею магнитное поле — так что, если вы используете действительно сильные лазеры, у вас должно возникнуть реально крутое поле.
Физики экспериментируют с этой идеей начиная с 1960-х годов, но причина, по которой она до сих пор не реализована, в том, что эффект Фарадея также требует наличия поглощения — того, что обычно происходит в ходе столкновения электронов.
После того как вы добьетесь определенной интенсивности лазера, электроны становятся ультрарелятивистскими, это означает, что они в своем огромном множестве сталкиваются реже и обычного поглощения в итоге не происходит.
По этой причине исследователи предположили, что лазер, достаточно мощный, чтобы создать суперсильное магнитное поле, также будет останавливать процесс абсорбции, что в свою очередь сведет на нет эффект Фарадея.
Однако недавно исследователи из России, Италии и Германии выдвинули гипотезу о том, что при очень высокой интенсивности лазерных волн поглощение может осуществляться не за счет столкновения электронов, но благодаря радиационному трению.
А этот особый тип трения, по крайней мере на бумаге, может привести к генерации суперсильного магнитного поля.
По расчетам команды ученых, достаточно мощный лазер будет способен производить поля с магнитной индукцией в несколько гигагаусс (гаусс (Гс) является единицей измерения магнитных полей).
Для сравнения: гигагаусс — это 10 9 Гс, или 1 000 000 000 Гс. Магнитное поле сумасшедшей силы, создаваемое магнитно-резонансным томографом, может достичь только 70 000 Гс, в то время как поверхность нейтронной звезды составляет около 1012 Гс.
Магнитные поля, которые мы можем создавать сегодня в лаборатории, достигают предела 108 Гс, с их помощью удается эффективно контролировать ядерный синтез в течение длительных периодов времени — то, где эта новая технология может особенно пригодиться.
Она также позволит ученым в лаборатории воссоздать невероятно сильные магнитные условия космического пространства.
Хорошая новость в том, что в рамках европейского проекта Extreme Light Infrastructure три лазера уже находятся на стадии разработки в Чехии, Румынии и Венгрии, так что прогресс налицо.
Вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью. Обозначается как → B . Единица измерения — Тесла (Тл).
За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равна 1 Н. 1 Н/(А∙м) = 1 Тл.
Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:
B = F A m a x I l . .
За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.
Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.
Особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Поэтому магнитное поле — вихревое поле.
Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобным электрическим, в природе нет.
Напряженность магнитного поля
Вектор напряженности магнитного поля — характеристика магнитного поля, определяющая густоту силовых линий (линий магнитной индукции). Обозначается как → H . Единица измерения — А/м.
μ — магнитная проницаемость среды (у воздуха она равна 1), μ 0 — магнитная постоянная, равная 4 π · 10 − 7 Гн/м.
Внимание! Направление напряженности всегда совпадает с направлением вектора магнитной индукции: → H ↑↑ → B .
Направление вектора магнитной индукции и способы его определения
Чтобы определить направление вектора магнитной индукции, нужно:
В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции выходит из северного полюса:
При определении направления вектора магнитной индукции с помощью витка с током следует применять правило буравчика:
При вкручивании острия буравчика вдоль направления тока рукоятка будет вращаться по направлению вектора → B магнитной индукции.
Отсюда следует, что:
- Если по витку ток идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B направлен вверх.
- Если по витку ток идет по часовой стрелке, то вектор магнитной индукции → B направлен вниз.
Способы обозначения направлений векторов:
| Вверх |  |
| Вниз |  |
| Влево |  |
| Вправо |  |
| На нас перпендикулярно плоскости чертежа |  |
| От нас перпендикулярно плоскости чертежа |  |
Пример №1. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор магнитной индукции в точке С?
Если мысленно начать вкручивать острие буравчика по направлению тока, то окажется, что вектор магнитной индукции в точке С будет направлен к нам — к наблюдателю.
Магнитное поле прямолинейного тока
Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружностей совпадает с осью проводника.
Если ток идет вверх, то силовые линии направлены против часовой стрелки. Если вниз, то они направлены по часовой стрелке. Их направление можно определить с помощью правила буравчика или правила правой руки:
Правило буравчика (правой руки)
Модуль вектора магнитной индукции на расстоянии r от оси проводника:
B = μ μ 0 I 2 π r . .
Магнитное поле кругового тока
Силовые линии представляют собой окружности, опоясывающие круговой ток. Вектор магнитной индукции в центре витка направлен вверх, если ток идет против часовой стрелки, и вниз, если по часовой стрелке.
Определить направление силовых линий магнитного поля витка с током можно также с помощью правила правой руки:
Если расположить четыре пальца правой руки по направлению тока в витке, то отклоненный на 90 градусов большой палец, покажет направление вектора магнитной индукции.
Модуль вектора магнитной индукции в центре витка, радиус которого равен R:
Модуль напряженности в центре витка:
Пример №2. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. Точка А находится на горизонтальной прямой, проходящей через центр витка. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо) вектор магнитной индукции магнитного поля в точке А?
Если мысленно обхватить виток так, чтобы четыре пальца правой руки были бы направлены в сторону тока, то отклоненный на 90 градусов большой палец правой руки показал бы, что вектор магнитной индукции в точке А направлен вправо.
Магнитное поле электромагнита (соленоида)
Соленоид — это катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра.
Число витков в соленоиде N определяется формулой:
l — длина соленоида, d — диаметр проволоки.
Линии магнитной индукции являются замкнутыми, причем внутри соленоида они располагаются параллельно друг другу. Поле внутри соленоида однородно.
Если ток по виткам соленоида идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B внутри соленоида направлен вверх, если по часовой стрелке, то вниз. Для определения направления линий магнитной индукции можно воспользоваться правилом правой руки для витка с током.
Модуль вектора магнитной индукции в центральной области соленоида:
B = μ μ 0 I N l . . = μ μ 0 I d . .
Модуль напряженности магнитного поля в центральной части соленоида:
H = I N l . . = I d . .
Алгоритм определения полярности электромагнита
Пример №3. Через соленоид пропускают ток. Определите полюсы катушки.
Ток условно течет от положительного полюса источника тока к отрицательному. Следовательно, ток течет по виткам от точки А к точке В. Мысленно обхватив соленоид пальцами правой руки так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках соленоида, отставим большой палец на угол 90 градусов. Он покажет направление линий магнитной индукции внутри соленоида. Проделав это, увидим, что линии магнитной индукции направлены вправо. Следовательно, они выходят из В, который будет являться северным полюсом. Тогда А будет являться южным полюсом.
На рисунке изображён круглый проволочный виток, по которому течёт электрический ток. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен
а) вертикально вверх в плоскости витка
б) вертикально вниз в плоскости витка
в) вправо перпендикулярно плоскости витка
г) влево перпендикулярно плоскости витка
Алгоритм решения
1. Определить правило, по которому можно определить направление вектора магнитной индукции в данном случае.
2. Применить выбранное правило и определить направление вектора магнитной индукции относительно рисунка.
Решение
По условию задачи мы имеем дело с круглым проволочным витком. Поэтому для определения вектора → B магнитной индукции мы будем использовать правило правой руки.
Чтобы применить это правило, нам нужно знать направление течение тока в проводнике. Условно ток течет от положительного полюса источника к отрицательному. Следовательно, на рисунке ток течет по витку в направлении хода часовой стрелки.
Теперь можем применить правило правой руки. Для этого мысленно направим четыре пальца правой руки в направлении тока в проволочном витке. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает относительно рисунка влево. Это и есть направление вектора магнитной индукции.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Магнитная стрелка компаса зафиксирована на оси (северный полюс затемнён, см. рисунок). К компасу поднесли сильный постоянный полосовой магнит и освободили стрелку. В каком положении установится стрелка?
а) повернётся на 180°
б) повернётся на 90° по часовой стрелке
в) повернётся на 90° против часовой стрелки
г) останется в прежнем положении
Алгоритм решения
- Вспомнить, как взаимодействуют магниты.
- Определить исходное положение полюсов.
- Определить конечное положение полюсов и установить, как изменится положение магнитной стрелки.
Решение
Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются. Изначально южный полюс магнитной стрелки находится справа, а северный — слева. Полосовой магнит подносят к ее южному полюсу северной стороной. Поскольку это разноименные полюса, положение магнитной стрелки не изменится.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Непосредственно над неподвижно закреплённой проволочной катушкой вдоль её оси на пружине подвешен полосовой магнит (см. рисунок). Куда начнёт двигаться магнит сразу после замыкания ключа? Ответ поясните, указав, какие физические явления и законы Вы использовали для объяснения.
Алгоритм решения
- Определить направление тока в соленоиде.
- Определить полюса соленоида.
- Установить, как будет взаимодействовать соленоид с магнитом.
- Установить, как будет себя вести магнит после замыкания электрической цепи.
Решение
Чтобы определить направление тока в соленоиде, посмотрим на расположение полюсов источника тока. Ток условно направлен от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, относительно рисунка ток в витках соленоида направлен по часовой стрелке.
Зная направление тока в соленоиде, можно определить его полюса. Северным будет тот полюс, из которого выходят линии магнитной индукции. Определить их направление поможет правило правой руки для соленоида. Мысленно обхватим соленоид так, чтобы направление четырех пальцев правой руки совпадало с направлением тока в витках соленоида. Теперь отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление вектора магнитной индукции. Проделав все манипуляции, получим, что вектор магнитной индукции направлен вниз. Следовательно, внизу соленоида расположен северный полюс, а вверху — южный.
Известно, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Подвешенный полосовой магнит обращен к южному полюсу соленоида северным полюсом. А это значит, что при замыкании электрической цепи он будет растягивать пружину, притягиваясь к соленоиду (двигаться вниз).
Сегодня читателю предлагается разобраться с явлением САМОИНДУКЦИИ. Разобраться в буквальном смысле по понятиям!
Демонстрация возможностей трансформатора Теслы.
Как я и обещал читателю, сегодня я расскажу и про сам механизм образования магнитного поля при движении свободных электронов по телу провода и про обратный механизм преобразования магнитной энергии в ток самоиндукции.
Ручная механическая сирена.
«Возьмём катушку J с несколькими сотнями витков, надетую на замкнутый железный сердечник.
К зажимам а – а присоединена шестивольтовая лампочка L. Катушку можно с помощью ключа K присоединить к аккумулятору В с напряжением 1,5 - 2 вольта. Таким образом, когда ключ K замкнут, то к аккумулятору присоединены параллельно катушка и лампочка. Когда же ключ разомкнут, то мы имеем только одну замкнутую цепь, состоящую из витков катушки и лампочки. Так как наша лампочка рассчитана на напряжение (6 В), значительно большее, чем напряжение, даваемое аккумулятором (1,5-2 В), то пока ключ замкнут, она горит очень слабо, тёмно-красным накалом. В момент же размыкания ключа K она на мгновение вспыхивает очень ярким белым светом.
Почему это происходит? . Откуда берётся энергия, поглощаемая лампочкой в момент её вспышки и превращаемая в ней в тепло и свет? Ведь вспышка происходит тогда, когда ключ K уже разомкнут. Следовательно, энергия не может браться от аккумулятора.
Превращение энергии вихревого магнитного поля обратно в энергию электрического тока, протекающего в той же самой катушке, которая породила этот вихрь, стали называть самоиндукцией. Как удалось выяснить из опытов, при исчезновении из пространства обладающего кинетической энергией вихревого магнитного поля в проволочной катушке возникает электрический ток того же направления, что было у тока, который до того тёк из батареи и раскрутил вокруг катушки это вихревое магнитное поле.
Попытаемся узнать об этом в любом справочнике по физике.
Поскольку магнитное поле порождается движением электрических зарядов, то есть, при протекании электрического тока, давайте для начала вспомним, что представляет собою процесс протекания электрического тока по проводу.
"Наша труба с уложенными в ней камнями уже заполнена водой, но пока кран закрыт, вода в ней никуда не течёт. Нет напора воды — нет и течения воды в правый резервуар. Быстрым поворотом крана создадим напор. Он распространится по трубе, конечно, не мгновенно, но всё же с большой скоростью — около одного километра в секунду (со скоростью распространения звука в воде. Эта скорость определяется плотностью и упругостью воды. Комментарий — А.Б.).
Значит, если труба не очень длинна, то почти сразу вода потечёт по всей трубе. Отдельные молекулы воды всегда находятся в непрерывном и беспорядочном движении. В потоке воды беспорядочное движение, при котором каждая молекула движется сама по себе, вовсе не прекратится. Но это совершенно не мешает воде всей массой, общим потоком, течь по трубе. Движение молекул воды можно сравнить с роем мошек. Если рой мошек уносится потянувшим их ветерком, беспорядочное движение отдельных мошек не прекращается, а весь рой целиком летит по ветру. "
Гальванический ток в проводе.
Ещё из опытов прошлых веков известно, что электрическое поле в телах и в пространстве можно создавать разными путями. Например, электрическое поле (потенциально способное привести в упорядоченное движение электроны в каком-либо проводнике) можно создать, просто зарядив электричеством плоский конденсатор, изобретённый ещё в 1745 году Бенджамином Франклиным и состоящий из двух параллельно расположенных металлических пластин.
Заряжание плоского конденсатора электричеством состоит в том, что с одной его металлической обкладки снимаются тем или иным путём свободные электроны (в металле создаётся их разрежение), а на другую металлическую обкладку они переносятся (в металле создаётся повышенная концентрация свободных электронов).
«…Среди беспорядочно движущихся электронов всегда есть такие, которые летят по направлению к поверхности металла. Будут ли они вылетать из металла? Ведь если оставить открытым сосуд с газом, молекулы которого также находятся в беспорядочном движении, как и электроны в металле, то молекулы газа быстро рассеются в воздухе. Однако в обычных условиях электроны не вылетают из металла. Что же их удерживает? Притяжение ионами. Когда электрон поднимается немного над поверхностью металла, над ним уже нет ионов, а внизу, на поверхности, есть. Эти ионы притягивают поднявшийся электрон, и он падает обратно на поверхность металла, как падает на землю брошенный вверх камень.
Только очень быстрые электроны могут преодолеть силы электрического притяжения и покинуть металл. Это и происходит при нагревании. При нагревании металла усиливается движение не только атомов, но и электронов, и при высокой температуре из металла вылетает столько электронов, что их поток можно обнаружить.
В случае с нашим заряженным плоским конденсатором будем считать, что его металлические обкладки имеют небольшую температуру (она равна температуре окружающего воздуха), и на них не падает свет ультрафиолетовой лампы, обладающий высоким разряжающим эффектом.
В 1831 году М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, природу которого он объяснил следующим образом.
Вот и Майкл Фарадей (подобно Галилею) своими убедительными опытами и открытиями заставил сложившуюся в Европе порочную систему миропонимания хотя бы слегка измениться!
Фарадей доказал: заряд создаёт протяжённое электрическое поле, и уже с ним взаимодействует другой заряд. Никакого непосредственного (между зарядами) дальнодействия на расстоянии нет!
Эй, кто там врёт в учебниках по физике, что Фарадей не признавал существование эфира?! Вот оно, разоблачение вашей лжи!
Читайте также: