Конспект урока «Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток

Благодаря сегодняшнему видеоуроку мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Запомним правило левой руки. С помощью опыта мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его воздействию на другой электрический ток. Изучим, в чём состоит правило левой руки.

На этом уроке мы обсудим вопрос, связанный с обнаружением магнитного поля по его действию на электрический ток, и познакомимся с правилом левой руки.

Обратимся к опыту. Первый подобный эксперимент по исследованию взаимодействия токов был проведен французским ученым Ампером в 1820 году. Эксперимент заключался в следующем: по параллельным проводникам пропускали электрический ток в одном направлении, затем в разных направлениях наблюдали взаимодействие этих проводников.

Рис. 1. Опыт Ампера. Сонаправленные проводники с током притягиваются, противонаправленные отталкиваются

Если взять два параллельных проводника, по которым проходит электрический ток в одном направлении, то в этом случае проводники будут друг к другу притягиваться. Когда в тех же самых проводниках электрический ток проходит в разных направлениях, проводники отталкиваются. Таким образом, мы наблюдаем силовое действие магнитного поля на электрический ток. Итак, можно сказать следующее: магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на другой электрический ток (сила Ампера).

Когда было проведено большое количество аналогичных экспериментов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки . Определение: левую руку нужно расположить таким образом, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока - тогда отогнутый большой палец укажет направление действия магнитного поля.

Рис. 2. Правило левой руки

Обратите внимание: мы не можем говорить о том, что, куда направлена магнитная линия, туда и действует магнитное поле. Здесь взаимосвязь между величинами несколько сложнее, поэтому мы пользуемся правилом левой руки .

Вспомним, что электрический ток - это направленное движение электрических зарядов. Значит, магнитное поле действует на движущийся заряд. И мы можем воспользоваться в данном случае так же правилом левой руки для определения направления этого действия.

Обратите внимание на рисунок, на котором приведены различные случаи использования правила левой руки, и проанализируйте каждый случай самостоятельно.

Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки

Напоследок, еще один важный факт. Если электрический ток или скорость заряженной частицы направлены вдоль линий магнитного поля, то никакого действия магнитного поля на эти объекты не будет.

Список дополнительной литературы:

Асламазов Л.Г. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях // Квант. — 1984. — № 4. — С. 24-25. Мякишев Г.Я. Как работает электродвигатель? // Квант. — 1987. — № 5. — С. 39-41. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. - М., 1974. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.2. - М.: Физматлит, 2003.

Из курса физики 8 класса вы знаете, что на всякий проводник с током, помещённый в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.

Наличие такой силы можно показать с помощью установки, изображённой на рисунке. Трёхсторонняя рамка ABCD, изготовленная из медной проволоки, подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали. Сторона ВС находится в области наиболее сильного магнитного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами (рис. а). Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.

Рис. Действие магнитного поля на проводник с током

При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и сторона ВС втягивается в пространство между полюсами (рис. б).

Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник ВС двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нём магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.

Таким образом, магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Изменим направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнёздах изолирующей штанги (рис.). При этом изменится и направление движения проводника ВС, а значит, и направление действующей на него силы.

Рис. Направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током, зависит от направления тока

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля). Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки.

В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы (рис).

Рис. Применение правила левой руки к проводнику с током

Пользуясь правилом левой руки, следует помнить, что за направление тока в электрической цепи принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создаётся движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырёх пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся в нём частицы, как положительно, так и отрицательно заряженные.

Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы (рис.).

Рис. Применение правила левой руки к заряженным частицам, движущимся в магнитном поле

По правилу левой руки можно также определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы) и т. д.

Следует отметить, что сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей (рис.).

Рис. Магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током или скорость движущейся заряженной частицы па раллельны линиям магнитного поля или совпадают с ними

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Какой опыт позволяет обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
2. Как обнаруживается магнитное поле?
3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
4. Сформулируйте правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током; для движущейся в этом поле заряженной частицы.
5. Что можно определить, пользуясь правилом левой руки?
6. В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

Задание 2. Реши ребус.

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

http://www.tepka.ru/fizika_9/36.html

Мы знаем, что магниты действуют на проводники, притягивая или отталкивая их. Если магнит поднести к гвоздю, то гвоздь притянется к магниту. В случае, когда мы имеем не просто проводник, а проводник с током, то на него стороннее магнитное поле тоже будет действовать , заставляя двигаться.

Эксперименты по обнаружению магнитного поля

Это установили в результате неоднократных экспериментов, подвешивая способную свободно двигаться рамку с током в поле постоянного магнита . При пропускании тока через контур, то есть через рамку, она отклонялась от своего первоначального положения.

При отключении тока или удалении магнита рамка возвращалась в свое начальное положение. То есть магнит обусловливал перемещение в пространстве проводника с током. Такой эффект может быть использован для обнаружения магнитного поля по его действию на электрический ток.

При проведении экспериментов в контуре с током меняли направление тока, а также по-разному устанавливали магнит возле рамки. При этом рамка отклонялась по-разному. Установили, что направление ее отклонения , а, следовательно, и направление действия магнитного поля на проводник с током, связано с направлением тока в контуре и направлением магнитных линий.

«Правило левой руки»

Для нахождения направления этого действия можно применять «правило левой руки». Правило левой руки в физике выглядит следующим образом:

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90˚ большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

При этом надо помнить, что направление электрического тока это направление движения положительных зарядов, а не электронов. Ток всегда направлен от положительного полюса источника к отрицательному. В растворах электролитов при пропускании тока за его направление принимается движение положительных ионов.

Соответственно, из данного правила можно найти не только направление действия силы магнитного поля на проводник с током, но и направление тока, если известны направление линий магнитного поля и направление его действия на контур, а также можно определить, куда направлены линии магнитного поля, если известно, куда течет ток, и куда движется контур с током. То есть правило левой руки одинаково справедливо и применимо для всех его участников.

Следует отметить еще то, что для возникновения действующей на проводник с током силы, линии магнитного поля не должны быть параллельны или совпадать с направлением тока в цепи. Максимальное воздействие магнитное поле окажет, если его линии будут перпендикулярны направлению тока.

Вспомним, как можно обнаружить магнитное поле, ведь оно невидимо и наши органы чувств его не воспринимают? Магнитное поле можно обнаружить только по его действию на другие тела, например, на магнитную стрелку. Поле действует на стрелку с какой-то силой, заставляющей ее изменить первоначальную ориентацию. Магнитное поле создается при движении зарядов вдоль проводника в цепи или за счет одинаковой ориентации кольцевых токов в постоянных магнитах. Открытие Эрстеда, о взаимосвязи между электричеством и магнетизмом побудила ученых проводить различные опыты, с помощью которых были установлены новые закономерности. Мы уже знаем, что вокруг проводника с током создается магнитное поле. А как будет вести себя проводник с током, если его поместить в другое магнитное поле?
Проведем опыт.
Соберем установку, состоящую из подвижной рамки из меди, закрепленной на изолирующей штанге, источника тока, реостата и ключа. Включи цепь. Рамка останется неподвижной. Мы уже знаем, что вокруг проводника есть магнитное поле, но обнаружить мы его не можем. Разомкнем цепь. Расположим дугообразный магнит вблизи рамки так, чтобы горизонтальная часть рамки располагалась между его полюсами (т.к. вблизи полюсов магнитное поле наиболее сильное). Вокруг дугового магнита так же есть магнитное поле, но пока в рамке не течет ток, обнаружить его мы так же не можем. Замкнем цепь. Рамка пришла в движение и отклонилась влево. Некоторая сила, направленная в сторону магнита привела рамку в движение и отклонила ее на некоторый угол. Магнитное поле вокруг проводника создается электрическим током. Обнаружить магнитное поле можно по его действию электрический ток. На рисунке отмечено направление движения тока в проводнике. За направление тока выбрано движение от положительного полюса источника тока к отрицательному полюсу. Изменим направление тока, поменяв полярность. Замыкаем цепь и опять обнаруживаем магнитное поле по действию на рамку - она отклонилась на некоторый угол в противоположную от магнита сторону. Если в последнем опыте поменять расположение полюсов магнита на противоположное, рамка втянется в дуговой магнит. Направление силы, под действием которой проводник движется в конкретном направлении, можно определить по правилу левой руки. Это мнемоническое правило, с помощью которого легко определить, куда будет направлена сила, обозначим ее на рисунке буквой F. Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили перпендикулярно в ладонь, четыре пальца показывали направление тока, тогда отставленный на 900 большой палец покажет направление действующей на проводник силы. Запомните, что за направление тока выбрано движение от плюса к минусу. Так в проводящей среде движутся положительные заряды, создающие ток. Значит, по правилу правой руки так же можно определить направление силы для положительно заряженной частицы. А когда мы хотим определить направление силы, действующей на отрицательную частицу, четыре пальца должны располагаться против движения отрицательно заряженной частицы.
Определите, как расположены полюса магнита, направление силы тока и силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током. Воспользуемся правилом левой руки. Четыре пальца левой руки показывают направление тока. Проводник расположен перпендикулярно плоскости, а так как мы видим оперение стрелы (крест), следовательно, ток движется от нас. Направление силы, действующей со стороны магнитного поля, показывает отставленный на 900 большой палец. Ладонь левой руки смотрит вверх, следовательно, в нее будут входить линии магнитного поля, то есть северный полюс магнита должен располагаться сверху. Если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей, то сила действия магнитного поля или движущуюся заряженную частицу равна нулю.