Магнитное поле

Главное по теме

• Магнитное поле создают движущиеся заряды (токи) и постоянные магниты. Оно действует только на движущиеся заряды и токи.
• Индукция магнитного поля B - силовая характеристика поля, единица тесла (Тл). Линии индукции замкнуты, у магнита выходят из северного полюса N и входят в южный S.
• Опыт Эрстеда: ток в проводе отклоняет магнитную стрелку, то есть вокруг тока есть магнитное поле. Направление линий вокруг прямого тока - по правилу буравчика (правой руки).
• Сила Ампера (на провод с током): F = B · I · L · sin α. Если провод перпендикулярен полю, sin α = 1 и F = B·I·L.
• Сила Лоренца (на движущийся заряд): F = q · v · B · sin α. Она перпендикулярна скорости и работы не совершает.
• Направление силы Ампера и Лоренца - по правилу левой руки: линии B входят в ладонь, четыре пальца по току (для отрицательного заряда против скорости), большой палец - сила.
• Заряд, влетевший перпендикулярно полю, движется по окружности: R = m·vq·B, период T = 2π·mq·B не зависит от скорости.
• Вещества: диамагнетики слабо отталкиваются от поля, парамагнетики слабо притягиваются, ферромагнетики (железо, никель, кобальт) притягиваются сильно.
• Выше температуры Кюри ферромагнетик теряет магнитные свойства. У Земли тоже есть магнитное поле, магнитные полюса не совпадают с географическими.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Магнитное поле: сила Ампера, сила Лоренца, правило левой руки

  Ловушка: Ищут силу Лоренца у покоящегося заряда; для электрона не меняют направление на противоположное.

  Как решать: F = BIl·sinα, F = qvB·sinα. Покоится или летит вдоль линий: силы нет. Левая рука: линии в ладонь, четыре пальца по току, для электрона против.

Объяснение простыми словами

Поднеси магнит к гвоздю, и гвоздь прыгнет к нему. Поднеси компас к проводу с током, и стрелка повернётся. Везде здесь работает магнитное поле. Его создают постоянные магниты, а также любые движущиеся заряды, то есть электрические токи. И действует оно только на движущиеся заряды: неподвижный заряд магнитное поле не замечает. Эту тему в ЕНТ проверяют через несколько формул и два правила направления, поэтому важно разобраться, а не заучить.

Исторически магнитное и электрическое явления считали отдельными, пока в 1820 году Эрстед не заметил, что магнитная стрелка около провода отклоняется, когда по проводу идёт ток. Это значит, что вокруг тока есть магнитное поле. Поле вокруг прямого провода представляет собой замкнутые окружности, а их направление определяют по правилу буравчика: если буравчик (штопор) вкручивать по направлению тока, то направление, в котором вращается его ручка, показывает направление линий. Заметь, что линии магнитного поля всегда замкнуты, у них нет начала и конца. У магнита они выходят из северного полюса N и входят в южный S, а внутри магнита замыкаются.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Магнитное поле

Особая форма материи, которую создают движущиеся заряды, токи и магниты; оно действует на движущиеся заряды и токи.

Постоянный магнит

Тело, которое длительно сохраняет намагниченность и имеет два полюса: северный (N) и южный (S).

Опыт Эрстеда

Опыт, в котором магнитная стрелка около провода отклоняется при включении тока; доказал, что ток создаёт магнитное поле.

Индукция магнитного поля B

Силовая характеристика магнитного поля; направлена туда, куда указывает северный полюс магнитной стрелки; единица - тесла (Тл).

Тесла (Тл)

Единица индукции: 1 Тл = 1 Н / (А·м), то есть поле, которое действует с силой 1 Н на 1 м провода с током 1 А, расположенного перпендикулярно линиям поля.

Линии магнитной индукции

Воображаемые замкнутые линии, касательные к которым показывают направление вектора B; у них нет начала и конца.

Правило буравчика (правой руки)

Если направлять буравчик по току, то направление его вращения показывает направление линий индукции вокруг провода.

Сила Ампера

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током: F = B·I·L·sin α.

Правило левой руки

Способ определения направления силы Ампера: линии B входят в ладонь, четыре пальца по току, отогнутый большой палец показывает силу.

Сила Лоренца

Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу: F = q·v·B·sin α.

Угол α

Угол между направлением поля (вектором B) и проводом с током или скоростью частицы; при α = 0 сила равна нулю.

Движение заряда в магнитном поле

При скорости, перпендикулярной полю, частица движется по окружности радиуса R = m·vq·B; сила Лоренца работы не совершает и скорость по модулю не меняет.

Магнитная проницаемость μ

Число, показывающее, во сколько раз индукция в веществе отличается от индукции в вакууме при том же токе.

Диамагнетики

Вещества (медь, серебро, вода), которые слегка ослабляют внешнее поле и слабо отталкиваются от магнита; μ немного меньше единицы.

Парамагнетики

Вещества (алюминий, платина), которые слегка усиливают поле и слабо притягиваются к магниту; μ немного больше единицы.

Ферромагнетики

Вещества (железо, никель, кобальт), которые очень сильно усиливают поле; из них делают магниты и сердечники.

Температура Кюри

Температура, выше которой ферромагнетик теряет свои магнитные свойства и становится парамагнетиком.

Магнитное поле Земли

Поле планеты, которое ориентирует стрелку компаса; магнитные полюса расположены вблизи географических, но не совпадают с ними.

Магнитные бури

Возмущения магнитного поля Земли, вызванные потоками заряженных частиц от Солнца.

Электромагнит

Катушка с током и железным сердечником, которая создаёт сильное магнитное поле; поле можно включать и выключать.