При построении картины магнитного поля используются те же правила что и при построении картины электрического поля в электростатике.

Линии индукции магнитного поля (или напряжённости) есть силовые линии магнитного поля. Линия же, где магнитный потенциал постоянен, называется эквипотенциальной.

Если в магнитное поле внести ферромагнитное тело, то силовые линии будут входить в него под углом 90  (т.е. поле искажается). Если же вносится не ферромагнитное тело, то искажения поля не происходит.

Аналогия электростатического (электрического) и магнитного полей

Существует два типа соответствий.

1) Одинаковое распределение линейных зарядов в электростатическом поле и линейных токов в магнитном поле.

В этом случае картины полей подобны, но силовые линии в электростатическом поле – это эквипотенциальные в магнитном поле и наоборот, то есть картина поля повёрнута на угол , меняется смысл линий.

2) Одинаковая форма граничных эквипотенциальных поверхностей в обоих полях. В этом случае картины полей полностью подобны.

Физическая природа полей различна, электростатическое поле создаётся зарядами, магнитное поле создаётся током, то есть в магнитном поле нет понятия магнитного заряда (
, величина, условно введенная).

Индуктивность

Для контуров (катушек), у которых магнитная проницаемость
и не зависит от напряженности магнитного поля, потокосцепление пропорционально току

, где

- коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью;

- электрический ток.

Потокосцепление равно:

, где

Ф – магнитный поток;

w – число витков.

Из выше приведённых формул следует:

Индуктивность зависит от геометрических размеров контура, числа витков, свойств среды, но не зависит от величины тока, протекающего по катушке.

Методика определения индуктивности :

Условно считаем известным ток в катушке.

Через известный ток выражаем магнитный поток.

Магнитный поток подставляем в формулу индуктивности, где неизвестные токи сокращаются.

Методика расчета индуктивности аналогична методике расчета емкости

Пример: Определить индуктивность катушки, равномерно намотанной на сердечник прямоугольного сечения, внутренний радиус которого R 1 , наружный R 2 , высота h, число витков

По закону полного тока определяется Н:

Поток через полоску

Полный поток:

Потокосцепление равно:

Эдс самоиндукции и взаимоиндукции

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке

- ЭДС самоиндукции.

Явление наведения ЭДС в каком-либо контуре при изменении тока в другом контуре называется взаимоиндукцией, а наведённая ЭДС – ЭДС взаимоиндукции.

- ЭДС взаимоиндукции,

где, М- взаимная индуктивность.

Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.

Однородные магнитные поля

В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.

Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.

В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.

Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.

Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.

Может ли магнитное поле быть однородным?

Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.

Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.

Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.

Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.

Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.

Магнитное поле (МП), графическое изображение. Магнитная индукция проводников различной формы.

В 1820г Эрстед обнаружил связь электричества и магнетизма. Повторив опыты Эрстеда, Андре Мари Ампер пришёл к выводу: проводник с током сам становится магнитом, поэтому он действует на магнитную стрелку и поворачивает её. Магнитное поле – это особый вид материи, существующий реально, т.е. независимо от нас, наших знаний о нём.

Свойства МП. Создается движущимися электрическими зарядами, токами.

Действует на движущиеся электрические заряды, токи.

Силовые линии МП замкнуты, поэтому МП –

вихревое поле

Замкнутость силовых линий магнитного поля есть следствие отсутствия в природе изолированных магнитных полюсов.

Векторные поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми полями .

Магнитное поле - вихревое.

Магнитная индукция В– силовая характеристика магнитного поля.Индукцию магнитного поля можно определить по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле. Модулем вектора магнитной индукции называется отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка.

Силовые линии магнитного поля - линии магнитной индукции, проведены так, что касательные к ним в каждой точке поля указывают направление поля в этой точке, свободная маленькая магнитная стрелка в любой точке магнитного поля расположится по направлению вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции в южный полюс входят, из северного выходят.

За единицу магнитной индукции принимается магнитная индукция однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила 1 Н. Поэтому магнитная индукция – силовая характеристика МП. Если во всех точках некоторой части пространства вектор индукции магнитного поля имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то магнитное поле называется однородным.

Поле внутри полосового постоянного магнита и катушки с током - однородное МП.

Направление линий магнитного поля прямого тока.Правило обхвата правой руки. Если обхватить прямой проводник ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был направлен вдоль тока, то четыре пальца покажут направление линий магнитной индукции поля тока.

Направление линий магнитного поля кругового тока. Если четыре пальца правой руки направить вдоль тока, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитной индукции поля тока.

Изображение токов и магнитных полей.

Направление тока в проводнике на нас перпендикулярно плоскости листа. - направление тока в проводнике от нас перпендикулярно плоскости листа.

Для исследования структуры магнитного поля используют метод спектров . Мелкие железные опилки, попадая в магнитное по-ле, намагничиваются и, взаимодействуя меж-ду собой, образуют цепочки, расположение которых позволяет судить о структуре маг-нитного поля.

В качестве примера применения метода спектров рассмотрим опыт с магнитным полем прямого проводника. Через тонкую пластинку из диэлектрика пропустим длин-ный прямой проводник, включенный в элек-трическую цепь. На пластинку будем сыпать мелкие железные опилки, слегка постукивая по пластинке. Опилки соберутся вокруг про-водника в виде концентрических кругов раз-личного диаметра (рис. 6.10). При повто-рении опыта с другими проводниками при других значениях силы тока получим похо-жие картины, которые и называются маг-нитными спектрами.

Спектры можно изобразить на бумаге в виде линий магнитной индукции .

Для прямого проводника такое изобра-жение показано на рис. 6.11. В изображе-ниях магнитных спектров линии магнитной индукции показывают направление магнит-ной индукции в каждой точке. В каждой точке линии индукции касательная совпа-дает с вектором магнитной индукции.

Линии, касательные к которым в каждой точке показывают направление магнитной ин-дукции, называются линиями магнитной ин-дукции .

Плотность линий магнитной индукции зависит от модуля магнитной индукции. Она больше там, где модуль больше, и наоборот. Направление линий магнитной индукции прямого проводника определяется по пра-вилу правого винта.

Спектры магнитных полей проводников другой формы имеют много общего.

Так, спектр магнитного поля кольца с током похож на два совмещенных спектра прямых проводников (рис. 6.12). Только плотность линий индукции в центре кольца больше (рис. 6.13).

Магнитный спектр катушки с большим количеством витков (соленоида) показан на рис. 6.14. На рисунке видно, что линии магнитной индукции такой катушки внут-ри параллельные и имеют одинаковую плотность. Это свидетельствует, что внутри длинной катушки магнитное поле однород-ное — во всех точках магнитная индукция одинакова (рис. 6.15). Линии магнитной индукции расходятся лишь за пределами катушки, где магнитное поле неоднород-ное.

Если сравнить спектры магнитных полей проводников с током различной формы, то можно заметить, что линии индукции всегда замкнутые или при дальнейшем продолже-нии могут замкнуться. Это свидетельствует об отсутствии магнитных зарядов. Такое поле называют вихревым. Вихревое поле не имеет потенциала. Материал с сайта

На этой странице материал по темам:

• Спектров магнитных полей гдз решебник

• Какие физические процессы происходят при образовании магнитного спектра

• Открытия в области магнитных полей

• Доклад на тему магнитное поле и его графическое изображение

• Спектры магнитных полей примеры

Вопросы по этому материалу:

Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!

Тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения "северный" и "южный" даны лишь для удобства (как "плюс" и "минус" в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля - силовые линии.

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца .

Здесь q - заряд, v - его скорость в магнитном поле, B - индукция, F - сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток - скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) .

Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете - Курская и Бразильская магнитные аномалии .

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.

Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов - в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.

За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.