Магнетизм и электромагнетизм�

Содержание:

1. Магнетизм
2. Магнитное поле электрического тока.
3. Проводник с током в магнитном поле. Магнитная индукция.
4. Напряженность магнитного поля. Закон полного тока
5. Магнитная проницаемость. Магнитный поток.
6. Взаимодействие проводников с токами
7. Гистерезис.
8. Электромагниты
9. Электромагнитная индукция.
10. Вихревые токи
11. Самоиндукция
12. Энергия магнитного поля

​

�Магнетизм — это особое проявление движения электрических зарядов внутри атомов и молекул, которое проявляется в том, что некоторые тела способны притягивать к себе и удерживать частицы железа, никеля и других металлов. Эти тела называются магнитными.�

Непрерывное движение электронов в любом веществе можно�рассматривать как внутримолекулярные токи, возбуждающие магнитное поле.�

Магнитное поле Земли

�Любая магнитная линия не имеет ни конца, ни начала и представляет собой замкнутую кривую, так как северный и южный полюсы магнита неотделимы один от другого.�

При расположении двух магнитов на некотором расстоянии один от другого между их полюсами возникает сила взаимодействия, направленная так, что одноименные полюсы взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются.�

Магнитные свойства вещества

Магнитное поле �электрического тока.�

���������������������������������Направление магнитных линий образуемого им магнитного поля определяется правилом буравчика:�

• Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращательное движение его рукоятки указывает направление магнитных линий поля, образующегося вокруг этого проводника.

​

�Проволока, согнутая спирально и состоящая из нескольких витков, расположенных так, что оси их совпадают, называется соленоидом.�

Проводник с током в магнитном поле.�Магнитная индукция.�

�Всегда всё уходящее на изображениях обозначается крестом,�а направленное на смотрящего - точкой.�

Для определения направления движения проводника в магнитном поле можно пользоваться правилом левой руки:

������������������Основной величиной, характеризующей интенсивность магнитного поля, является магнитная индукция В. �Единицей измерения магнитной индукции является Тесла (Тл).�

• Сила F, действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна магнитной индукции В, току в проводнике I и длине проводника l, т. е.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера

�Н- Напряженность магнитного поля, является векторной величиной.�

• Н- векторная величина, которая зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающим магнитное поле

​

​

• �(где l — длина магнитной линии), измеряется в амперах на метр (А/м).

​

Магнитный поток

Произведение магнитной индукции на величину какой-либо поверхности в магнитном поле, расположенной перпендикулярно направлению магнитных линий, называется магнитным потоком, пронизывающим эту поверхность.�

Таким образом, обозначив магнитный поток буквой Ф, получим Ф=ВS, где S — площадь поверхности, пронизываемой магнитным потоком, Вб (Вебер)�

Закон полного тока�

• Свойство тока возбуждать магнитное поле характеризуется магнитодвижущей силой (мдс), обозначаемой буквой F.
• Намагничивающая сила прямолинейного проводника с током I равна этому току,

т. е. F=I.

• Намагничивающая сила катушки F=wI.

• Если магнитное поле создано не одним, a w проводниками с током I, то магнитодвижущая сила:

​

• Если магнитное поле возбуждается током I, проходящим по катушке с числом витков w, то закон полного тока для таких устройств будет иметь следующую общую формулу:

​

Магнитная проницаемость. Магнитный поток.�

• Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данной среды больше магнитной постоянной , называется относительной магнитной проницаемостью или сокращенно магнитной проницаемостью,

т. е.

​

величина, являющаяяся коэффициентом, отражающая свойства среды.� магнитная постоянная, характеризующая магнитные свойства вакуума� =

Взаимодействие проводников с токами

Если два или несколько проводников, по которым проходят электрические токи, расположить параллельно, то эти проводники в зависимости от направлений токов в них будут взаимно притягиваться или отталкиваться.

Сила взаимодействия между проводниками, по которым протекают токи:����

Ферромагнитные материалы имеют большую магнитную проницаемость и обладают свойством намагничиваться.

�

​

​

​

ГИСТЕРЕЗИС�

Соленоид, содержащий железный сердечник, называется электромагнитом.

​

​

Схема намагничивания стального сердечника

Петля гистерезиса

Отставание уменьшения магнитной индукции от уменьшения напряженности магнитного поля называется ГИСТЕРЕЗИСОМ.�

Электромагниты

Свойство электрического тока создавать магнитное поле широко используется на практике.�Железный или стальной стержень, помещенный внутрь соленоида, при пропускании тока по соленоиду приобретает магнитные свойства. ��Стержень магнитотвердой стали вследствие большой величины коэрцитивной силы, свойственной этому материалу, в значительной мере сохраняет магнитные свойства после исчезновения тока.�

�Применение электромагнитов�

Поезд на магнитной подушке

​

Электромагниты нашли широкое применение в подъемных и тормозных устройствах, для закрепления в станках стальных обрабатываемых деталей, в электроавтоматах, реле и других устройствах.

​

​

​

​

История открытия Электромагнитной индукции

В 1820 г Эрстед обнаружил действие проводника с током на магнитную стрелку.

«Превратить магнетизм �в электричество…»

Английский физик Майкл Фарадей, узнав об опытах Эрстеда, поставил перед собой задачу – «превратить магнетизм в электричество». Решал эту задачу в течение 10 лет – с 1821 по 1831 г. Фарадей доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток.

Способы наведения ЭДС индукции в замкнутых контурах:

​

�Способы наведения ЭДС индукции в замкнутых контурах:�

• Движение контура в постоянном магнитном поле

Выполнение условия возникновения ЭМИ – изменение магнитного потока через контур – можно осуществить двумя способами:

• Изменение во времени магнитного поля, в котором покоится контур

Электромагнитная индукция

Электрические токи, возникающие при изменение магнитного потока в течение времени, называются индукционными, а причина, вызывающая появление индукционных токов, электродвижущей силой индукции.

​

Правило Ленца: знак «-» (минус) указывает на то, что ток, созданный ЭДС индукции, препятствует причине, вызвавшей эту ЭДС.

Движение контура в постоянном магнитном поле

Индукционный ток при движении проводящего контура в постоянном магнитном поле вызывает сила Лоренца, действующая на свободные заряды в проводнике

Сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца.

Т.к. сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она сообщает частице центростремительное ускорение, и частица движется по окружности радиусом r

Направление ЭДС индукции в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, определяется по правилу правой руки:

Изменение во времени магнитного поля, в котором покоится контур

Индукционный ток в неподвижном замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле, вызывается электрическим полем, порождаемым переменным магнитным полем (вихревым электрическим полем)

Если контур имеет w витков,� то индуктированная ЭДС:

Если проводник перемещается в магнитном поле в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям этого поля:

​

​

​

​

Если проводник пересекает магнитные линии под каким-либо углом,

​

​

​

​

​

Значение ЭМИ для физики� и техники

На явлении ЭМИ основано действие генераторов электрического тока на всех электростанциях Земли.

Немецкий физик Генрих Гельмгольц сказал: «Пока люди будут пользоваться благами электричества, они будут помнить имя Фарадея».

Вихревые токи.�

• Индукционные токи возникающие не только в изолированных проводниках и обмотках, но и в сплошных металлических массах генераторов, электромагнитных аппаратов и механизмов, которые подвергаются действию изменяющихся магнитных полей, называют вихревыми.

Во избежание потерь на вихревые токи сердечники электромагнитных устройств (трансформаторов, дросселей, электродвигателей и т. д.) собирают из тонких листов стали, покрытых бумагой, окалиной или изолирующим лаком

Использование вихревых токов:

Самоиндукция�

Схема к возникновению ЭДС самоиндукции.

Чтобы устранить самоиндукцию, проволоку, применяемую для изготовления реостата, сгибают вдвое и в таком виде навивают на каркас.

Явление самоиндукции присуще не только обмоткам, но и прямоугольным проводникам. В этом случае ЭДС самоиндукции вызывается магнитным потоком, возникающим в контуре, ограниченном двумя проводниками или проводниками и землей, если последняя составляет элемент цепи.

Ф=LI или L= Ф/I.

Величина L называется индуктивностью проводника. Если в цепи, обладающей индуктивностью L ток в течение (с)

изменяется на величин (А), то в такой цепи возникает ЭДС самоиндукции:

�Энергия магнитного поля�

При включении этой цепи, ток не сразу достигает установившегося значения. При постепенном возрастании тока в окружающем пространстве возникает магнитное поле и в нем происходит накопление части энергии, израсходованной источником тока.

�График, показывающий нарастание тока в цепи с индуктивностью, и условное обозначение такой цепи.�

�Графическое изображение накопления энергии в магнитном поле.�

Взаимоиндукция.�

Схема к возникновению ЭДС взаимоиндукции в замкнутых витках.�

Возникновение ЭДС взаимоиндукции объясняется тем, что контур замкнутого проводника пронизывается изменяющимся магнитным потоком, который создается током, проходящим по соседнему проводнику.

где М —коэффициент взаимной индукции, зависящий от геометрических размеров контуров и их взаимного расположения.

Контрольные вопросы:

​

• 1. Как убедиться в том, что катушка с током имеет полюсы — северный и южный? Где они находятся?
• 2. У зажимов аккумулятора не оказалось пометок о том, какой из них «плюсовой» и какой — «минусовой». Можно узнать это, имея компас?
• 3. Магнитная стрелка, помещенная около провода, отклонилась при пропускании по нему тока. За счет какого вида энергии совершена работа, необходимая для поворота стрелки?
• 4. Изготовляя самодельный электромагнит, можно ли неизолированный провод наматывать на железный сердечник?
• 5. Почему магнитное действие катушки, по которой идет ток, усиливается, когда в нее вводят железный сердечник?
• 6. При погрузке подъемным электромагнитным краном стальных предметов очень часто они не отпадают от электромагнита после выключения тока в его обмотке. Что следует сделать, чтобы предметы отпали?

​

• 1. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле?
• 2. Какими способами создается магнитное поле в электродвигателе?
• 3. Проволочный виток с током вращается в магнитном поле. За счет какой энергии совершается механическая работа по вращению рамки?
• 4. Как можно показать, что магнитное поле действует на проводник с током?
• 5. Почему в метро применяют только электрические двигатели, а не тепловые?
• 6. На какие части рамки не действуют силы со стороны магнитного поля?

​

• Как формируется правило левой руки?
• Что такое электромагнит?
• Как формируется правило правой руки?
• В чем заключается явление самоиндукции?
• Как определяется энергия магнитного поля?
• Что представляет собой явление взаимоиндукции?