Магнитное поле доклад, проект

Магнитная индукция

Магнитная индукция (МИ) — силовое определение МП. Это векторная величина.

Одной из главных характеристик МП является векторный потенциал.

Формула индукции магнитного поля измеряется через вектор магнитной индукции (В).

В=Fmax/I*l ,

где Fmax — наибольшая сила, воздействующая от МП на проводнике; I — сила тока в проводнике; l — длина.

Вектор МИ имеет единицы измерения — теслы (Тл).

Направление вектора МИ — это направление от южного полюса к северному магнитной стрелки, установленной в МП.

Линия МИ — несуществующая прямая, где в любом месте вектор МИ направлен к ней по касательной.

Свойства магнитной линии:

постоянность;
замкнутость;
ориентированность.

Чем больше магнитных линий, тем сильнее МП.

Если рассматривать МП в свободном пространстве (без окружающей его среды), то используют понятие не вектор МИ, а вектор напряженности (Н), равный разности вектора МИ и вектор намагниченности (М).

Н = В — М

Если полей более одного, то вектор МИ определяется по принципу суперпозиции: МИ основного поля, которое состоит из многих источников, можно найти через сумму МИ всех полей, входящих в состав МП.

Характеристики магнитного поля

Экспериментально легко понять, что так же как электрические заряды окружены электрическим полем, так в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты имеется силовое поле, которое названо магнитным полем.

Присутствие магнитного поля можно обнаружить по его воздействию на постоянный магнит или проводник с током.

Отличительными чертами магнитного поля являются:

Магнитные поля оказывают свое воздействие только на движущиеся в нем электрические заряды. Электрическое поле оказывает силовое действие на движущиеся в нем и неподвижные заряды.
Характер действия магнитного поля зависит от формы проводника с током, расположения этого проводника в магнитном поле и направления текущего в проводнике тока.
Для изучения магнитного поля применяют рамку с током, обладающую малыми размерами в сравнении с расстоянием до источника магнитного поля.

Замечание 1

Рамка с током – это замкнутый плоский контур, по которому течет ток. Ориентацию рамки с током характеризует нормаль к контуру. Положительным направлением нормали считают направление, которое связывает с током правило правого винта.

Определение 1

Силовое поле, которое создают постоянные магниты и постоянные токи, называют постоянным магнитным полем.

Доклад Магнитное поле земли сообщение

О том, что наша планета есть огромный магнит, учеными доказано давно. Раз земной шар — это магнит, значит он должен создавать мощнейшее магнитное поле. Все мы знаем, что в компасе красная стрелка юг, а синяя это север. А как расположены магнитные полюсы планеты? Магнитные и географические полюса не совпадают, поэтому нужно запомнить, что на северном географическом полюсе находится южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе находится северный магнитный полюс Земли. Магнитное поле имеет непосредственное отношение к ядру. Так как в составе земного ядра находится жидкое железо, в нем постоянно циркулируют токи, которые и создают магнитное поле.

Магнитное поле все время медленно меняется во времени. Изменение в расположении магнитных полюсов на противоположные происходит через большие интервалы времени и получили название; вековые вариации. Полюса изменяют свое расположение приблизительно каждые 150 тысяч лет. Кардинальное изменение положения полюсов относительно друг друга, было вестником больших катаклизмов на планете.

Но больше всего изменения происходят в магнитной сфере нашей планеты. Магнитосфера Земли — это пространство около поверхности земного шара, распространенное на 80 тыс. км к Солнцу и также в противоположную сторону. Магнитосфера ограждает поверхность планеты от вредных воздействий космоса, и влияет на погодные условия планеты. Большое количество заряженных частиц солнечного ветра попадает в магнитосферу Земли, это электроны и протоны, которые ионизируют верхние слои атмосферы. Происходит свечение, которые мы знаем, как северное сияние.

Магнитное поле защищает нашу Землю от воздействия солнечного ветра. Существует такое понятие Магнитные бури. Это изменение магнитного поля в течение нескольких часов, с последующим возвращением в прежнее состояние. Магнитные бури обычно начинаются неожиданно, по всей планете, и длятся от 7до 13 часов. За это время бури оказывают негативное влияние на самочувствие людей. На радиосвязь, электросвязь и т.д. От изменений, происходящих на солнце зависит мощность и регулярность магнитных бурь. Наряду с магнитными бурями есть еще магнитные аномалии. Которые в свою очередь зависят от магнитного поля Солнца. Взрывы и выбросы на Солнце, которые происходят из-за колебания солнечного магнитного поля, влияют на магнитное поле Земли. Возникают магнитные аномалии, которые происходят из-за нахождения железных руд в Земле. Месторождения руд намагничиваются и все предметы вокруг будут испытывать результат этой аномалии, стрелки компаса при этом будут показывать неправильное направление.

Люди давно используют магнитное поле Земли. Еще в 17 веке в судоходстве широко применяется компас. Не секрет, что магнитное поле Земли помогает существовать и осваиваться на ее территориях различным микроорганизмам. Например, морские бактерии размещаются на дне, в иле под определенным углом к магнитному полю. Это потому, что в них имеются небольшие магнитные частицы. При расположении, некоторые насекомые ориентируются на магнитное поле.

Птицы во время перелета также ориентируются на магнитное поле Земли. Не так давно орнитологи установили, что у пернатых в районе глаз имеется что-то, вроде крохотного компаса. Это кристаллики магнетита, которые намагничиваются. Ученные установили, что и на рост растений также оказывает влияние магнитное поле.

В нашей Солнечной системе, кроме Земли магнитное поле имеется у следующих планет; Меркурий, Сатурн, Юпитер, Марс.

6, 8, 9 класс кратко, по физике

Физические свойства и основные характеристики

Из явления электромагнитной индукции известно, что при всяком изменении магнитного потока, охватываемого замкнутым проводником, в проводнике возникает индукционный ток, т.е. движение электрических зарядов. Но заряды могут двигаться под действием электрического поля: следовательно, изменение магнитного поля порождает электрическое поле.

В отличие от электрического поля, создаваемого неподвижными зарядами, силовые линии электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля, замкнуты. Такое поле называют вихревым.

Чем быстрее изменяется со временем магнитное поле, т. е. чем больше ΔΦ/Δt, тем больше напряженность возникающего электрического поля.

Когда речь идет об изменении магнитного потока, то подразумевается либо его увеличение, либо уменьшение со временем. Если ΔΦ=0, электрическое поле не возникает. Чтобы выяснить, порождает ли меняющееся электрическое поле магнитное, рассмотрим схему:

Между параллельными металлическими дисками установки на горизонтальных осях смонтированы магнитные стрелки. Диски расположены перпендикулярно индукции магнитного поля Земли. При замыкании цепи между дисками появляется электрическое поле. В момент появления электрического поля стрелки поворачивается так же, как при прохождении по проводнику электрического тока.

Затем они возвращаются в исходное состояние. Если теперь разомкнуть цепь, то никакого воздействия на стрелки оказано не будет, так как несмотря на оставшиеся на дисках заряды, электрическое поле не меняется. Но при замыкании дисков проводом заряды нейтрализуются, электрическое поле исчезает. В момент исчезновения электрического поля стрелки вновь стремятся повернуться, но в другую сторону.

Таким образом, при изменении электрического поля со временем появляется магнитное поле. Так же, как магнитное поле, создаваемое электрическим током, оно будет вихревым (линии магнитной индукции замкнуты).

Одной из задач электродинамики является изучение свойств электромагнитного поля.

В частности, к электромагнитным волнам относится свет. Человечество широко использует электромагнитные волны, передавая теле- и радиосигналы.

Экспериментально установлено, что в электромагнитной волне векторы B→ и E→ взаимно перпендикулярны. К тому же они перпендикулярны скорости волны υ→.

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг магнитов или движущихся зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

магнитное поле существует независимо от наших знаний о нем;
порождается только движущимся электрическим зарядом;
обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Магнитное поле создается только движущимся электрическим зарядом? А как же магниты?

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны могут вращаться по разным орбитам. На каждой орбите может находиться по два электрона, которые вращаются в разных направлениях.

Но у некоторых веществ не все электроны парные, и несколько электронов крутятся в одном и том же направлении, такие вещества называются ферромагнетиками. А поскольку электрон — заряженная частица, вращающиеся вокруг атома в одну и ту же сторону электроны создают магнитное поле. Получается миниатюрный электромагнит.

Если атомы вещества расположены в произвольном порядке, поля этих крошечных магнитиков компенсируют друг друга. Но если эти магнитные поля направить в одну и ту же сторону, то они сложатся — и получится магнит.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:

Как запомнить, что выходят магнитные линии из северного полюса, а приходят в южный?

Все просто — на севере жить никто не хочет. Многие люди переезжают туда, где теплее, зимуют в теплых краях, в общем — стремятся на юг. Магнитные линии тоже.

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Важный нюанс
Мы привыкли к тому, что на географическом севере находится северный магнитный полюс и на него указывает синяя стрелка компаса. Однако это не совсем так.

Из физики магнетизма нам известно, что силовые линии магнитного поля входят в южный полюс магнита, а выходят из северного. Если вы посмотрите на картину силовых линий магнитного поля Земли, то увидите, что они входят в Землю в районе северного географического полюса у канадских берегов Северного Ледовитого океана, а выходят в районе южного географического полюса в Антарктиде. Значит, с точки зрения физики у Земли на севере расположен южный магнитный полюс, а на юге — северный. Такие полюсы называются «истинными».

Однако, вопреки законам физики, люди договорились, что для простоты будут называть тот магнитный полюс, который находится на севере, северным, а тот магнитный полюс, что на юге, — южным. Такие магнитные полюсы Земли называются «мнимыми».

Полезные подарки для родителей
В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!
Получить подарок!

Применение магнитного поля

1. Электромагниты:

Магнитные свойства электромагнита зависят:

1) От металла, из которого изготовлен сердечник.

2) От числа витков проволоки, намотанной на катушку.

3) От величины силы тока в катушке.

Электромагниты имеют широкое применение:

в телефонах
для переноски тяжелых грузов в цехах
в автоматических устройствах
для сортировки изделий по цвету, по форме, по качеству обработки изделий
для очистки зерна от мелких металлических изделий (в сепараторах)
в телеграфах

2. Электродвигатели.

Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электрического двигателя. Первый электрический двигатель создан русским физиком, Б.С. Якоби.

Устройство электродвигателя:

1. Якорь (состоит из металлического цилиндра, в пазах которого укладываются обмотки, сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра)

2. Электромагнит (усиливает магнитное поле)

3. Коллектор (состоит из медных пластин, к которым припаиваются обмотки, находящиеся в пазах якоря)

4. Щётки (при помощи которых подаётся ток на пластины коллектора)

Двигатели постоянного тока нашли широкое применение на транспорте: электровоз, трамваи, троллейбусы. В промышленности применяют двигатели, работающие на переменном токе. Их используют в насосах для выкачивания нефти из скважин, в работе различных станков. Практически во всех бытовых приборах применяют электрические двигатели. Электрические двигатели имеют большое преимущество. При работе они не выделяют газа, дым, пар. Их можно установить в удобном месте на станке, на тележке электровоза, в электробритвах, в прокатных станах, кораблях. Коэффициент полезного действия электрических двигателей высокий. Достигает 98%. Такого высокого коэффициента не имеет никакой другой двигатель.

Электрическое поле

Электрическое поле (ЭП) — материя, созданная заряженными частицами, взаимодействующими между собой.

Количественно ЭП можно характеризовать понятием напряженность электрического поля. Так как сила имеет направленность, то и напряженность имеет направление, поэтому это векторная величина. Данную напряженность можно определить по формуле:

E=F/q , где Е — напряженность ЭП,

F — сила, которая влияет на заряд,

q — величина заряда.

Так же как и МИ, напряженность нескольких электрических полей можно вычислить по принципу суперпозиции.

Виды ЭП:

Статическое (имеет неподвижные заряды).
Магнитное (заряды проходят по проводнику).
Стационарное (если проводник с током не двигается и не изменяется).
Электромагнитное.

Направление линий

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по прямому проводнику, определяется правилом сверла или правым винтом. Направление линий магнитной индукции принимается за направление вращения головки винта, которое обеспечит его поступательное движение в направлении электрического тока.

В отличие от линий электростатического поля, которые начинаются с положительного заряда и заканчиваются отрицательным, линии индукции магнитного поля всегда закрыты. Магнитный заряд не обнаруживается так же, как и электрический заряд.

За единицу индукции принимается корпус (1 Тел) — индукция такого однородного магнитного поля, в котором максимальный механический момент сил, равный 1 Н — м, действует на раму площадью 1 м2, на которую протекает ток в 1 А.

Индукцию магнитного поля можно также определить по силе, воздействующей на проводник с током в магнитном поле.

Амперная сила действует на проводник с током в магнитном поле, величина которого определяется следующим выражением.

Направление ампер-силы может быть определено по правилу левой руки: Положим ладонь левой руки так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четырьмя пальцами в направлении тока в проводнике, затем согнутый большой палец указывает направление амперной силы.

Определите силу, прилагаемую магнитным полем к одной заряженной частице, движущейся в магнитном поле.

Эта сила известна как сила Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца может быть определено по правилу левой руки: Ладонь левой руки расположена так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четыре пальца указывают направление положительного заряда, большой изогнутый палец указывает направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия двух параллельных проводников, на которых токи I1 и I2 равны.

l является частью проводника, который находится в магнитном поле. Если токи равны в одном направлении, то проводники притягиваются (рис. 60), если в противоположном направлении, то они отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, одинаковы в модуле, в противоположном направлении. Формула (3.22) является базовой формулой для определения единицы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризуются скалярной физической величиной — магнитной проницаемостью, которая показывает, как часто индукция магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции магнитного поля B0 в вакууме.

По своим магнитным свойствам все материалы делятся на надиамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой — на ЮГ.

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец — южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм «Южный парк», он же Сауз (South) парк).

Как измерить ЭМП

Вектором магнитной индукции B характеризуется интенсивность силового действия со стороны магнитного поля (на полюс или на ток), и поэтому является его главной характеристикой в данной точке пространства.

Значит, исследуемое магнитное поле может взаимодействовать силовым образом либо с магнитом, либо с элементом тока. Кроме того, оно способно наводить ЭДС индукции в контуре, если магнитное поле, пронизывающее контур, изменяется с течением времени, либо если контур изменяет свое положение относительно магнитного поля.

На элемент проводника с током длиной dl в магнитном поле с индукцией B будет действовать сила F, величина которой может быть найдена с помощью следующей формулы:

dF→ =Idl→×B→.

Значит, индукция B исследуемого магнитного поля может быть найдена по силе F, действующей на помещенный в это магнитное поле проводник заданной длины l с постоянным током известной величины I.

Магнитные измерения удобно проводить практически, используя величину, называемую магнитным моментом. Магнитный момент Pm характеризует контур площади S с током I, а величина магнитного момента определяется так:

ρm= I×S

Если используется катушка из N витков, то ее магнитный момент будет равен:

ρm= I×N×S

Механический момент взаимодействия магнитных сил M можно найти, исходя из значений магнитного момента Pm и индукции магнитного поля B следующим образом:

M→=ρm→×B→

Однако для измерения магнитного поля не всегда удобно пользоваться его механическими силовыми проявлениями. Есть еще одно явление, на которое можно опереться. Это явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции в математической форме записывается формулой:

e=-∂Φ∂t

Итак, магнитное поле проявляет себя силами либо наводимой ЭДС. При этом источником самого магнитного поля является электрический ток.

Если ток, порождающий магнитное поле в данной точке пространства известен, то напряженность магнитного поля в этой точке (на расстоянии r от элемента тока) можно найти с помощью закона Био-Савара-Лапласа:

Стоит отметить, что магнитная индукция B в вакууме связана с напряженностью магнитного поля H (порожденного соответствующим током) следующим соотношением: Β0=μ0H.

Магнитная постоянная вакуума в системе СИ определяется через ампер. Для произвольной же среды данная константа есть отношение магнитной индукции в данной среде к магнитной индукции в вакууме, и называется магнитной проницаемостью среды: μ=B/B0.

Магнитная проницаемость воздуха практически совпадает с магнитной проницаемостью вакуума, поэтому для воздуха магнитная индукция B практически тождественна напряженности магнитного поля H.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ — тесла , в системе СГС — Гаусс , причем 1 Тл = 10000 Гс. Измерительные приборы для определения индукции магнитного поля, называются тесламетрами.

Напряженность H магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), причем 1 ампер/метр задается как напряженность магнитного поля соленоида бесконечной длины с единичной плотностью витков при протекании по данному соленоиду тока в 1 ампер. Один ампер на метр можно определить и иначе: это напряженность магнитного поля в центре круглого витка с током в 1 ампер при диаметре витка в 1 метр.

Стоит отметить такую величину, как магнитный поток индукции — Ф. Это скалярная величина, в системе СИ она измеряется в веберах, а в системе СГС — в максвеллах, причем 1 мкс = 0,00000001 Вб. 1 Вебер — это магнитный поток такой величины, что при убывании его до нуля, по сцепленной с ним проводящей цепи сопротивлением 1 Ом, пройдет заряд в 1 Кулон.

Если принять за исходную величину магнитный поток Ф, то индукция магнитного поля B будет плотностью магнитного потока. Приборы для измерения магнитного потока называются веберметрами.

Магнитная индукция может определяться либо через силу (или через механический момент), либо через наводимую в контуре ЭДС. Это так называемые прямые измерительные преобразования, при которых магнитный поток или магнитная индукция выражаются через другую физическую величину (силу, заряд, момент, разность потенциалов), однозначно связанную с магнитной величиной посредством фундаментального физического закона.

Преобразования, в которых магнитная индукция B или магнитный поток Ф находятся через ток I, длину l или радиус r, называются обратными преобразованиями. Такие преобразования выполняются с опорой на закон Био-Савара-Лапласа, с использованием известного соотношения между магнитной индукцией B и напряженностью магнитного поля H.