Магнітне поле (вправи)

 Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом.

вправа 1

Магнітне поле колового струму.

вправа 2

Магнітне поле у речовині. Магнітний потік

Магнітне поле в речовині

Повторення

Мал. 1

Парамагнетик (1) і діамагнетик (2) в неоднорідному магнітному полі.

   У всіх тілах, що знаходяться в магнітному полі, виникає результуючий магнітний момент. Це явище називають намагнічуванням, а відповідне тіло – магнетиком.

Магнітне поле в магнетику складається з двох частин: поля макрострумів, що течуть по провідниках, з індукцією

В₀ = μ₀Н  

і власного поля В´, створеного мікрострумами середовища. Індукція результуючого магнітного поля в магнетику

В = В₀ + В´.

В молекулах речовини циркулюють замкнені струми; кожен такий струм має магнітний момент; у відсутності зовнішнього магнітного поля молекулярні струми, внаслідок теплового руху молекул, орієнтовані хаотично і створене ними середнє поле дорівнює нулю. У зовнішньому полі магнітні моменти молекул орієнтуються переважно вздовж напрямку В₀  ( в деяких речовинах, так званих діамагнетиках,– проти зовнішнього поля), внаслідок чого речовина намагнічується. Кількісною характеристикою намагнічування речовини є вектор намагнічування (J), рівний векторній сумі магнітних моментів P_mi усіх молекул в одиниці об’єму речовини:

Закон Ампера, сила Лоренца

Магнітне поле

Повторення

Закон Ампера

Нехай у магнітному полі з індукцією В  знаходиться лінійний елемент струму Idl. На цей елемент з боку поля діє сила, величина і напрямок якої визначаються законом Ампера:

або, в скалярній формі,

де α – кут між напрямком струму в провіднику і напрямком магнітного поля. Силу, що діє на провідник зі струмом скінченної довжини, знаходять інтегруванням по всій довжині провідника:

Зокрема, для прямолінійного провідника в однорідному магнітному полі:

Напрямок сили Ампера можна знаходити за правилом лівої руки (мал. 1).

 

Мал. 1. Правило лівої руки і правило свердлика.

Магнітне поле

Магнітне поле

Повторення

Магнітне поле постійного магніту та котушки зі струмом.

Більше як 2000 років тому була відкрита властивість магнітної стрілки орієнтуватись вздовж земного меридіана. Кінець стрілки, повернутий на північ, дістав назву північного магнітного полюса, а протилежний – південного. Було також відкрито взаємодію полюсів – притягання різнойменних та відштовхування однойменних.

У 1820 році Ерстед відкрив явище відхилення магнітної стрілки електричним струмом, а Ампер – взаємодію паралельних струмів і висунув гіпотезу про те, що магнітні поля створюються струмами, тобто рухомими електричними зарядами.

В магнетизмі всі струми поділяються на макроструми, що зумовлені напрямленим рухом вільних носіїв (електронів, дірок, іонів), і мікроструми, що зумовлені рухом електронів в атомах і молекулах; саме мікроструми створюють магнітні поля постійних магнітів. Отже, магнітне поле – особливий вид матерії, що створюється рухомими електричними зарядами (струмами) і діє на рухомі заряди, провідники зі струмом та постійні магніти.

Досліди показують, що магнітне поле певним чином орієнтує вміщений в нього контур зі струмом, тобто на контур з боку магнітного поля діє момент сили. Цей момент дорівнює нулю в рівноважному положенні контура, а в деякому положенні він – максимальний.

Пробний контур характеризується магнітним моментом

P_м  = ISn

де І – сила струму в контурі, S – його площа, n – одиничний вектор нормалі до площини контура, напрямок якого визначається за правилом свердлика.

Якісні задачі по магнетизму

30 якісних задач по магнетизму для 9-го класу

1.  Через складений удвоє гнучкий провід пропускають постійний електричний струм. Як поводитиметься при цьому провідник?

2.  Як взаємодіють між собою провідники, котрі живлять тролейбус третього маршруту?

До задачі 2

3.  В що перетворить блискавка громовідвід, виготовлений з трубки, після прямого влучання? Чому?

4.  Чи стала густина струму в усіх точках поперечного перерізу суцільного провідника зі сталим струмом?

5.  Як поводитиметься в магнітному полі Землі виток з великим струмом, підвішений на: а) екваторі, б) на полюсі?

6.  Чи деформується соленоїд, якщо по ньому пропускати струм? Відповідь пояснити.