Інструкція

Щоб дізнатися напрямокмагнітних для прямого провідника з , розташуйте його так, щоб електричний струм йшов у напрямку від вас (наприклад, у аркуш паперу). Спробуйте згадати, як рухається бур або гвинт, що закручується викруткою: по годинниковій і . Зобразіть цей рух рукою, щоб зрозуміти напрямок ліній. Таким чином, лінії магнітного поля спрямовані за годинниковою стрілкою. Позначте їх схематично на кресленні. Цей метод є правилом буравчика.

Якщо провідник розташований не в тому напрямку, встаньте подумки таким чином або поверніть конструкцію так, щоб струм від вас віддалявся. Потім згадайте рух бура чи гвинта та поставте напрямокмагнітних лінійпо годинниковій стрілці.

Якщо правило свердловика здається вам складним, спробуйте використовувати правило правої руки. Щоб за його допомогою визначити напрямокмагнітних ліній, розташуйте руку використовуйте праву руку з відстовбурченим великим пальцем. Великий палець направте рухом провідника, а 4 інших пальця – у напрямку індукційного струму. Тепер зверніть увагу, силові лінії магнітного поля у вашу долоню.

Щоб використовувати правило правої руки для котушки зі струмом, обхопіть його подумки долонею правої руки так, щоб пальці були направлені вздовж струму в витках. Подивіться, куди дивиться відставлений палець – це є напрямокмагнітних лінійвсередині. Цей спосіб допоможе визначити орієнтацію металевої болванки, якщо вам потрібно зарядити за допомогою котушки зі струмом.

Щоб визначити напрямокмагнітних лінійза допомогою магнітної стрілки, розташуйте кілька таких стрілок навколо дроту чи котушки. Ви побачите, що осі стрілок спрямовані по дотичних до кола. За допомогою цього методу можна знайти напрямок лінійу кожній точці простору та їх безперервність.

Під лініями індукції розуміють силові лінії магнітного поля. Щоб отримати інформацію про цей вид матерії, недостатньо знати абсолютну величину індукції, потрібно знати і її напрям. Напрямок ліній індукції можна знайти за допомогою спеціальних приладів або користуючись правилами.

Вам знадобиться

• - Прямий і круговий провідник;
• - Джерело постійного струму;
• - Постійний магніт.

Інструкція

Підключіть прямий провідник до джерела постійного струму. Якщо по ньому тече струм, він магнітним полем, силові лінії якого є концентричними колами. Визначте напрямок силових ліній, скориставшись правилом . Правим свердловиком називається гвинт, що просувається при обертанні в праву сторону (за годинниковою стрілкою).

Визначте напрям струму у провіднику, враховуючи, що він протікає від позитивного джерела полюса до негативного. Шток гвинта розташуйте паралельно провіднику. Починайте обертати його так, щоб шток почав рухатися у напрямку струму. У цьому випадку напрямок обертання рукоятки покаже напрямок ліній індукції магнітного поля.

Знайдіть напрямок силових ліній індукції витка зі струмом. Для цього використовуйте той самий правий свердловин. Буравчик розташуйте таким чином, щоб рукоятка оберталася у напрямку протікання струму. У цьому випадку рух штока свердловика покаже напрямок ліній індукції. Наприклад, якщо струм протікає у витку за годинниковою стрілкою, лінії магнітної індукції будуть площини витка і будуть йти в його площину.

Якщо провідник рухається у зовнішньому магнітному полі, визначте його напрямок, користуючись правилом лівої руки. Для цього розташуйте ліву руку так, щоб чотири пальці показували напрямок струму, а відставлений великий палець, напрямок руху провідника. Тоді лінії індукції однорідного магнітного поля входитимуть у долоню лівої руки.

Відео на тему

У процесі створення креслення інженер стикається з цілим спектром проблем, уміння вирішувати які є ступенем його кваліфікації. Визначення видимості на кресленнях складних деталей є одна зі згаданих проблем. Найпоширеніший метод визначення видимості на кресленні – метод конкуруючих точок.

Вам знадобиться

• Зображення деталі без певної видимості принаймні у двох головних видах, що захоплюють вид спереду, для цього краще підійдуть вигляд спереду та зверху, зазначені ключові точки на кресленні, в яких визначатиметься видимість.

Інструкція

Знайдіть на кресленні точки, проекції яких або площині збігаються, не збігаючись у своїй на площині проекції. Такі точки конкурують і вони будуть використані нами як опорні точки при побудові видимості, повідомляючи нам про перебування в просторі тих, до яких ці точки прив'язані.

Через зазначені раніше точки, призначені для видимості, проведіть прямі таким чином, щоб вони були перпендикулярні одній з головних площин проекції, при цьому автоматично стаючи паралельними іншій площині проекції.

Позначте точки перетину , проведені вами в попередньому кроці, з деталлю. Ці точки будуть конкуруючими, оскільки їх проекції на одній площині збігатимуться, не збігаючись при цьому на іншій площині. Якщо проекції точок збігаються на фронтальній площині (П1) то точки називаються фронтально конкуруючими. Якщо проекції точок збігаються на горизонтальній площині (П2), такі точки називаються горизонтально-конкуруючими.

Визначте видимість. Для фронтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді зверху. Та точка, горизонтальна проекція нижче, тобто ближче до спостерігача, буде видно на передньому вигляді. Відповідно інша точка, яка конкурує даної, буде невидима. Для горизонтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді спереду, у своїй та точка буде видима, що перебуває вище інших, проте інші, конкуруючі даної, будуть невидимі.

Магнітне поле не сприймається органами чуття людини. Для того, щоб його побачити, необхідний спеціальний прилад. Він дозволяє спостерігати форму силових ліній магнітного поля у тривимірному вигляді.

Інструкція

Приготуйте основу приладу – пластмасову пляшку. Застосовувати скляну небажано, оскільки вона може бути розбита під час дослідів магнітом, інструментами чи іншими металевими предметами. У пляшки має бути наклейка лише з одного боку. Якщо наклейка видаліть одну з її половин, а якщо її немає взагалі, зафарбуйте один бік пляшки білою фарбою. Вийде фон, на якому силові лінії найбільш помітні.

Розташуйтесь у будь-якому приміщенні, крім кухні. Постеліть на стіл газету, надягніть захисні рукавички. Настрижіть на неї непотрібними ножицями зі старої металевої мочалки для миття посуду. Загорніть у пакет і цим пристроєм повністю зберіть. Вставте в шийку пляшки лійку, а потім, помістивши пристрій над лійкою, приберіть магніт з пакета. Тирса відокремиться від пакета і через лійку в пляшку. У жодному разі не допускайте попадання тирси на підлогу та будь-які навколишні предмети, особливо одяг, взуття та продукти харчування! Тепер наповніть пляшку майже доверху прозорою та безпечною олією, після чого щільно закупорьте. Ретельно вимийте готовий пристрій зовні від залишків масла.

Перемішайте тирсу з олією, обертаючи пляшку. Просто струшувати її неефективно. Тепер піднесіть до неї магніт, і тирса вишикується відповідно до форми силових ліній. Щоб підготувати прилад до наступного досвіду, приберіть магніт і знову перемішайте тирсу з маслом, як зазначено вище.

Спробуйте спостерігати силові лінії полей магнітів різної форми. Замалюйте або сфотографуйте їх. Подумайте, вони мають саме таку форму, на це запитання у підручнику фізики. Спробуйте пояснити, чому пристрій не на змінні магнітні поля, наприклад, від трансформаторів.

Відео на тему

Зверніть увагу

Не дозволяйте дітям користуватися візуалізатором без спостереження дорослих – це іграшка, а фізичний прилад. Тира, що міститься в ньому, небезпечні при ковтанні.

Джерела:

• Тривимірний візуалізатор магнітних полів у 2019

Справжнім напрямом струмує те, в якому рухаються заряджені частинки. Воно, своєю чергою, залежить від знака їхнього заряду. Крім цього, техніки користуються умовним напрямомпереміщення заряду, що не залежить від властивостей провідника.

Інструкція

Для визначення справжнього напрямку переміщення заряджених частинок керуйтеся таким правилом. Усередині джерела вони вилітають з електрода, який від цього заряджається з протилежним знаком, і рухаються до електрода, який з цієї причини набуває заряду, за знаком аналогічний частинок. У зовнішньому ланцюгу вони вириваються електричним полем з електрода, заряд якого збігається з зарядом частинок, і притягуються до протилежно зарядженого.

У металі носіями струмує вільні електрони, що переміщаються між вузлами кристалічної. Оскільки ці частинки заряджені негативно, всередині джерела вважайте їх рухомими від позитивного електрода до негативного, а зовнішнього ланцюга - від негативного до позитивного.

У неметалевих провідниках заряд переносять також електрони, але механізм їхнього переміщення інший. Електрон, залишаючи атом і тим самим перетворюючи його на позитивний іон, змушує його захопити електрон з попереднього атома. Той самий електрон, який залишив атом, іонізує негативно наступний. Процес повторюється безперервно, поки в ланцюзі струм. Напрямок руху заряджених частинок у цьому випадку вважайте тим самим, що й у попередньому випадку.

У заряд завжди переносять тяжкі іони. Залежно від складу електроліту вони можуть бути як негативними, так і позитивними. У першому випадку вважайте їх такими, що ведуть себе електронам, а в другому - аналогічно позитивним іонам в газах або діркам в напівпровідниках.

При вказівці напряму струмув електричній схемі, незалежно від того, куди переміщуються заряджені частинки насправді, вважайте їх, що рухаються в джерелі від негативного полюса до позитивного, а в зовнішньому ланцюзі - від позитивного до негативного. Зазначений напрямок вважається умовним, а прийнято воно до будови атома.

Джерела:

• напрямок струму

Порада 6: Де знайти провідника для походу в гори чи ліс

Багатьох людей, які збираються у відпустку, приваблює не безцільне лежання на пляжі, а піші чи кінні походи в гори чи ліс, що дають змогу побути наодинці з природою, помилуватися красою місць, не зіпсованих цивілізацією, та й перевірити себе. Але, якщо ви вирушаєте не просто на прогулянку по стежках, а в справжній багатоденний похід незвіданими місцями, без провідника вам не обійтися.

Навіщо потрібен провідник у поході

Навіть досвідчені й досвідчені туристи, втім, особливо такі, вирушаючи в гори або ліс за складним маршрутом у тих місцях, де вони до цього не були, обов'язково візьмуть із собою провідника. Провідник, це людина, яка живе в цій місцевості і чудово знає її, яка займається супроводом професійно або іноді.

Така людина не лише досконало вивчила тут кожну стежку, але знає всі місцеві погоди, особливості поведінки та правила безпеки. Його присутність стане гарантією того, що похід пройде в максимально комфортних умовах і всі його учасники повернуться з нього цілими і неушкодженими.

Особливо необхідний провідник у тому випадку, коли ви і учасники вашої групи - туристи-початківці. Часом незнання елементарних правил безпеки та відсутність первинних туристичних навичок призводять до справжніх людських трагедій. Провідник не тільки гарант безпеки, але й людина, яка навчить вас правилам та покаже вам те, що самі ви просто не зможете розглянути та побачити.

Вирушаючи в похід, ретельно вивчіть всі особливості даної території, перегляньте маршрут і підготуйтеся фізично.

Як знаходити провідника для туристичного походу

Якщо місцевість, куди ви прямуєте, досить безлюдна, домовитись про супровід можна з місцевими жителями. Як правило, за невелику (для вас) плату вони із задоволенням погоджуються допомогти туристам у цьому питанні. У тому випадку, коли поряд розташований великий населений пункт, можна дізнатися та звернутися до місцевих туристичних клубів або служби порятунку, підрозділу МНС.

Перед тим як вийти на маршрут, попередьте про це місцеві рятувальні служби та домовтеся про контрольні терміни вашої появи, щоб у разі затримки допомогу було надіслано негайно.

Якщо вони не виділять провідника з лав своїх членів та співробітників, напевно порадять, до кого з місцевих жителів вам можна звернутися. Хорошу пораду та рекомендації ви можете отримати і звернувшись до торгової точки, де продають гірське чи туристичне спорядження, зазвичай торгують там люди, які не з чуток знайомі з туризмом та альпінізмом.

Всесильний інтернет надасть вам допомогу у пошуку. Ви можете переглянути офіційні сайти тих міст, які будуть відправною точкою вашого походу, часто там є подібна інформація. Є спеціалізовані сайти, що пропонують послуги професійних провідників, причому вони можуть супроводжувати вас не тільки Росією, але й за кордоном.

Джерела:

• Замовлення провідників та супроводжуючих по інтернету в 2019

Магнітний лак для нігтів з'явився на ринку кілька років тому. Щоправда, задовго до появи у широкому продажу цей засіб уже майнув у лімітованих колекціях деяких брендів. Особливість продукту – широкі можливості для дизайну. За допомогою спеціальних магнітів нігті можна прикрасити стилізованими зірками, сніжинками, зигзагами чи хвилями.

Інструкція

Загадка ефекту магнітного лаку у його складі. У формулу включені дрібні металеві частинки, які під впливом магніту вишиковуються у порядку. Кожен магніт може "намалювати" лише один вид візерунка. Тому ті, хто хочуть різноманітності, змушені купувати кілька пристроїв із різними мотивами. Хороша новина для любителів магнітних лаків - всі аксесуари для створення малюнків взаємозамінні. Ви можете придбати лаки однієї марки та робити на них візерунки магнітами іншої.

Ще одна загальна риса всіх лаків цього типу – схожий вид покриття. Лаки мають щільну текстуру з перламутровим відблиском, для нанесення засобу рівним шаром потрібна вправність. Палітра магнітних лаків обмежена темними складними відтінками від чорно-сірого до сіро-блакитного. Більшість кольорів має виражений холодний підтон - його задають металеві частинки, що є у складі.

Магнітні лаки вирізняються високою стійкістю. Однак вони можуть підкреслити всі нерівності нігтя. Щоб засіб лежав ідеально, перед нанесенням необхідно вирівняти пластину полірувальним бруском та нанести на неї шар захисної бази.

Якщо лаки марок різних цінових категорій дуже схожі, то категорії магнітів панує різноманітність. Початківцям варто звернути увагу на , укріплені на підставці - набагато зручніше ними користуватися. Достатньо помістити палець на спеціальну платформу почне діяти. Платівки, які потрібно самостійно тримати над нафарбованим нігтем, менш зручні – не завжди вдається правильно розрахувати відстань, необхідну для появи малюнка. Якщо ж піднести платівку надто близько, легко змастити свіжонанесений лак.

Найпопулярніший малюнок для магнітного манікюру – зірка або сніжинка. На другому місці різноманітні смуги. Хвилі та зигзаги зустрічаються рідше, а магніти з незвичайними візерунками на кшталт квітів чи сердець майже не випускаються.

Манікюр із магнітним лаком має деякі особливості. Засіб наносять досить товстим шаром, свіжонафарбований ніготь негайно поміщається під магніт. Чим довше тримати магніт над лаком і чим ближче він буде розташований, тим яскравішим буде малюнок. Наносити на нього блискучі топи, рідкі сушіння та інші засоби не можна – вони розмиють поверхню магнітного лаку, і візерунок стане погано видно. На сушіння потрібно не менше півгодини, зате покриття вийде міцним і триматиметься не менше 5 днів.

Відео на тему

Корисна порада

Вибираючи візерунок, врахуйте, що зірки та поперечні смуги роблять нігті коротшими і ширшими, а зигзаги, поздовжні хвилі та вертикальні смужки навпаки, подовжують пластину.

Магнітне поле Землі

Глибоко під нашими ногами, під товщею Земної кори знаходиться те, що вже багато мільярдів років зігріває планету Земля зсередини – величезний океан в'язкої розпеченої магми. Ця магма складається з багатьох речовин, у тому числі і з металів, які дуже добре проводять електричний струм. На всій планеті під поверхнею Землі рухаються мікроскопічні електрони, створюючи електричне, а з ним і магнітне поле.

Переміщення геомагнітних полюсів

Магнітне поле Землі має два полюси: Північний геомагнітний полюс (знаходиться у планети) та Південний геомагнітний полюс (перебуває у північній півкулі планети). Одне з найвідоміших незвичайних явищ, що стосуються магнітного поля Землі – це географічне пересування геомагнітних полюсів.

Річ у тім, що у магнітне полі впливає відразу кілька чинників, сприяють його нестабільному становищу. Це і взаємодія з віссю обертання Землі, і різний тиск земної кори на різних ділянках планети, і наближення/видалення космічних тіл (Сонця, Місяця), і більшою мірою пересування магми.

Потік магми є гігантською мантійною річкою, яка рухається під впливом сонячної радіації та обертання Землі із заходу на схід. Але оскільки розміри цієї річки величезні, вона, як і звичайна річка, не може рухатися стабільно рівно. Звичайно, в ідеальних умовах русло мантійної річки мало б проходити вздовж екватора. У цьому випадку географічні та магнітні полюси Землі збігалися б. Але природні умови такі, що під час руху магма шукає зони найменшого опору потоку (зони низького тиску кори) і просувається до них, зрушуючи при цьому магнітне поле та геомагнітні полюси.

Магнітні аномалії

Нестабільність мантійної річки впливає як на магнітні полюси, а й у виникнення особливих зон, названих «магнітними аномаліями». Магнітні аномалії не мають постійного розташування, можуть ставати сильнішими/слабшими, відрізняються розмірами та причинами виникнення.

Найпоширенішим явищем є локальні магнітні аномалії (менше 100 квадратних метрів). Вони зустрічаються скрізь, розташовані в хаотичному порядку і виникають, в основному, під впливом родовищ корисних копалин, розташованих занадто близько до Землі.

Інші магнітні аномалії – регіональні (до 10000 квадратних кілометрів). Вони виникають унаслідок зміни магнітного поля. Їх розмір і сила залежить від будови земної кори у цій місцевості. Наприклад, при переході рівнинної місцевості в гористу відбувається різке піднесення земної кори, як на поверхні Землі, так і під нею. При такій зміні рельєфу швидкість руху потоку магми різко збільшується, частинки речовини стикаються один з одним і виникають коливання в магнітному полі. Одні з найвідоміших регіональних аномалій – Курська та Гавайська.

Найбільшими є континентальні магнітні аномалії (площею понад 100 000 квадратних кілометрів). Вони завдячують своїм виникненням розломами кори Землі та впливом земної осі. Наприклад, Східносибірська аномалія внаслідок зсуву земної осі саме у цей бік. До того ж, гірські хребти розділили мантійну річку на два рукави, що точаться у різних напрямках, унаслідок чого стрілка компаса матиме у цьому районі західне. Біля берегів Канади складається інша ситуація. Там знаходиться величезна площа зіткнення мантійної річки з корою Землі, внаслідок якої виникає напруженість магнітного поля, яка у свою чергу відтягує вісь Землі на себе.

Однак найцікавіша магнітна аномалія знаходиться на півдні Атлантичного океану. Магнітна річка там повертає в протилежний бік, тим самим змінюючи магнітне поле таким чином, що ця область протилежна іншій південній півкулі. Ця аномалія відома тим, що кілька разів у космонавтів, що пролітають над нею, ламалася дрібна електроніка.

Магнітні аномалії розкидані по всій планеті, не мають постійного розташування, вони з'являються і зникають, стають сильнішими або слабшими. Окрім іншого, роки досліджень показали, що геомагнітне поле планети слабшає, а магнітні аномалії стають дедалі сильнішими.

Магнітний конструктор та розвиток дитини

Магнітні конструктори з'явилися над ринком порівняно недавно. Купуючи набір з магнітів, дорослі часто погано уявляють собі, що вони купили. Щоб розібратися в принципах роботи, варто почитати інструкцію. В інструкції ви знайдете кілька варіантів збирання базових моделей. Магнітні конструктори призначені для створення різноманітних фігур та форм, у тому числі об'ємних.

Головна перевага магнітного конструктора полягає в тому, що він не заганяє фантазію дитини в рамки, а дозволяє їй творити. В інструкції можна знайти кілька базових фігур, склавши які дитина навчиться «керувати» своєю новою іграшкою. Потім підключається фантазія, і малюк починає творити, створюючи нові, фантастичні постаті.

В основі дії магнітного конструктора лежить поєднання різних деталей. Усередині кожної деталі є магніти. За допомогою магнітів елементи можна приєднувати один до одного будь-якою стороною. Існує кілька модифікацій магнітних наборів. Для найменших – магнітні дошки із плоскими елементами. Для дітей старшого віку – деталі, що дозволяють створювати великі тривимірні фігури. Великою популярністю користуються набори з маленьких магнітних кульок та паличок.

Застосування у навчанні

Використання конструкторів із магнітними елементами дозволяє перенести процес навчання на новий рівень. Створення з дрібних деталей розвиває рухові навички, допомагає відкрити в дитині нові здібності. У процесі гри дитина дізнається про різноманітність форм, навчається координувати свої рухи.

Вчителі використовують магнітні конструктори як наочні посібники. З деталей можна побудувати форму, яка демонструє структуру молекул. Або відтворити людський скелет у тривимірній проекції. Або показати дітям об'ємні геометричні форми. Можливість оглянути і доторкнутися до моделей різних фігур у кілька разів підвищує рівень засвоєння нового матеріалу в школі.

Правила безпеки

Магнітні конструктори містять багато дрібних деталей, тому купувати їх слід з обережністю з огляду на вікові особливості дітей. Особливо небезпечні маленькі магнітні кульки, що входять до складу багатьох наборів. Ці деталі легко можуть проникнути в рот, вухо, ніс дитини. Тому рекомендується купувати магнітні дошки із великими деталями.

Всім доброго доби. Минулої статті я розповів про магнітне поле і трохи зупинився на його параметрах. Ця стаття продовжує тему магнітного поля та присвячена такому параметру як магнітна індукція. Для спрощення теми я розповідатиму про магнітне поле у ​​вакуумі, тому що різні речовини мають різні магнітні властивості, і як наслідок необхідно враховувати їх властивості.

Закон Біо – Савара – Лапласа

В результаті дослідження магнітних полів створюваних електричним струмом, дослідники дійшли таких висновків:

• магнітна індукція, створювана електричним струмом, пропорційна силі струму;
• магнітна індукція має залежність від форми та розмірів провідника, яким протікає електричний струм;
• магнітна індукція у будь-якій точці магнітного поля залежить від розташування даної точки по відношенню до провідника зі струмом.

Французькі вчені Біо та Савар, які дійшли таких висновків звернулися до великого математика П. Лапласа для узагальнення та виведення основного закону магнітної індукції. Він висловив гіпотезу, що індукція у будь-якій точці магнітного поля, створюване провідником зі струмом, можна представити у вигляді суми магнітних індукцій елементарних магнітних полів, які створюються елементарною ділянкою провідника зі струмом. Ця гіпотеза і стала законом магнітної індукції, званого законом Біо – Савара – Лапласа. Для розгляду цього закону зобразимо провідник зі струмом та створювану ним магнітну індукцію

Магнітна індукція dB, що створюється елементарною ділянкою провідника dl.

Тоді магнітна індукція dBелементарного магнітного поля, що створюється ділянкою провідника dl, зі струмом Iу довільній точці Рвизначатиметься наступним виразом

де I - сила струму, що протікає по провіднику,

r – радіус-вектор, проведений від елемента провідника до точки магнітного поля,

dl – мінімальний елемент провідника, який створює індукцію dB,

k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від системи відліку, у СІ k = μ 0 /(4π)

Так як є векторним твором, тоді підсумковий вираз для елементарної магнітної індукції виглядатиме таким чином

Таким чином, цей вираз дозволяє знайти магнітну індукцію магнітного поля, яке створюється провідником зі струмом довільної форми та розмірів за допомогою інтегрування правої частини виразу

де символ l означає, що інтегрування відбувається по всій довжині провідника.

Магнітна індукція прямолінійного провідника

Як відомо найпростіше магнітне поле створює прямолінійний провідник, яким протікає електричний струм. Як я вже говорив у попередній статті, силові лінії даного магнітного поля являють собою концентричні кола розташовані навколо провідника.

Для визначення магнітної індукції Упрямого дроту в точці Рвведемо деякі позначення. Бо точка Рзнаходиться на відстані bвід дроту, то відстань від будь-якої точки дроту до точки Рвизначається як r = b/sinα. Тоді найменшу довжину провідника dlможна обчислити з наступного виразу

У результаті закон Біо – Савара – Лапласа для прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

де I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру дроту до точки, де розраховується магнітна індукція.

Тепер просто проінтегруємо вираз, що вийшов по dαу межах від 0 до π.

Таким чином, підсумковий вираз для магнітної індукції прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру провідника до точки, де вимірюється індукція.

Магнітна індукція кільця

Індукція прямого дроту має невелике значення та зменшується при віддаленні від провідника, тому в практичних пристроях практично не застосовується. Найбільш широко використовуються магнітні поля створені дротом, намотаним на якийсь каркас. Тому такі поля називають магнітними полями кругового струму. Найпростішим таким магнітним поле має електричний струм, що протікає по провіднику, який має форму кола радіуса R.

В даному випадку практичний інтерес становить два випадки: магнітне поле в центрі кола та магнітне поле в точці Р, яке лежить на осі кола. Розглянемо перший випадок.

У даному випадку кожен елемент струму dl створює в центрі кола елементарну магнітну індукцію dB, яка перпендикулярна до площини контуру, тоді закон Біо-Савара-Лапласа матиме вигляд

Залишається тільки проінтегрувати отриманий вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник.

Розглянемо другий випадок, коли точка, в якій обчислюється магнітна індукція, лежить на прямій хяка перпендикулярна площині обмеженою круговим струмом.

У цьому випадку індукція у точці Рявлятиме собою суму елементарних індукцій dB X, які у свою чергу є проекцією на вісь хелементарної індукції dB

Застосувавши закон Біо-Савара-Лапласа обчислимо величину магнітної індукції

Тепер проінтегруємо цей вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник,

х – відстань від точки, у якій обчислюється магнітна індукція, до центру кола.

Як видно з формули при х = 0, вираз, що вийшов, переходить у формулу для магнітної індукції в центрі кругового струму.

Циркуляція вектора магнітної індукції

Для розрахунку магнітної індукції найпростіших магнітних полів достатньо закону Біо-Савара-Лапласа. Однак при більш складних магнітних полях, наприклад, магнітне поле соленоїда або тороїда, кількість розрахунків та громіздкість формул значно збільшиться. Для спрощення розрахунків запроваджується поняття циркуляції вектора магнітної індукції.

Уявімо деякий контур l, який перпендикулярний струму I. У будь-якій точці Рданого контуру, магнітна індукція Унаправлена ​​по дотичній до цього контуру. Тоді добуток векторів dlі Уописується наступним виразом

Оскільки кут dφдосить малий, то векторів dl В визначається, як довжина дуги

Таким чином, знаючи магнітну індукцію прямолінійного провідника в даній точці, можна вивести вираз для циркуляції вектора магнітної індукції

Тепер залишається проінтегрувати вираз, що вийшов, по всій довжині контуру.

У нашому випадку вектор магнітної індукції циркулює навколо одного струму, а в разі кількох струмів вираз циркуляції магнітної індукції переходить у закон повного струму, який говорить:

Циркуляція вектора магнітної індукції по замкнутому контуру пропорційна сумі алгебри струмів, які охоплює даний контур.

Магнітне поле соленоїда та тороїда

За допомогою закону повного струму та циркуляції вектора магнітної індукції досить легко визначити магнітну індукцію таких складних магнітних полів як у соленоїда та тороїда.

Соленоїдом називається циліндрична котушка, яка складається з безлічі витків провідника, намотаних виток до витка на циліндричний каркас. Магнітне поле соленоїда фактично складається з множини магнітних полів кругового струму із загальною віссю, перпендикулярною до площини кожного кругового струму.

Скористаємося циркуляцією вектора магнітної індукції та представимо циркуляцію за прямокутним контуром 1-2-3-4 . Тоді циркуляція вектора магнітної індукції для цього контуру матиме вигляд

Бо на дільницях 2-3 і 4-1 вектор магнітної індукції перпендикулярний до контуру, то циркуляція дорівнює нулю. На ділянці 3-4 , який значно віддалений від соленоїда, його також можна не враховувати. Тоді з урахуванням закону повного струму магнітна індукція в соленоїді досить великої довжини матиме вигляд

де n – число витків провідника соленоїда, яке посідає одиницю довжини,

I - Струм, що протікає по соленоїду.

Тороїд утворюється шляхом намотування провідника на кільцевий каркас. Дана конструкція еквівалентна системі з множини однакових кругових струмів, центри яких розташовані на колі.

Як приклад розглянемо тороїд радіусу R, на який намотано Nвитків дроту. Навколо кожного витка дроту візьмемо контур радіусу r, центр цього контуру збігається з центром тороїда. Оскільки вектор магнітної індукції Bспрямований по дотичній до контуру в кожній точці контуру, то циркуляція вектора магнітної індукції матиме вигляд

де r - Радіус контуру магнітної індукції.

Контур проходячи всередині тороїда охоплює N витків дроту зі струмом I, тоді закон повного струму для тороїда матиме вигляд

де n – число витків провідника, яке посідає одиницю довжини,

r – радіус контуру магнітної індукції,

R – радіус тороїда.

Таким чином, використовуючи закон повного струму та циркуляцію вектора магнітної індукції можна розрахувати скільки завгодно складне магнітне поле. Однак закон повного струму дає правильні результати лише у вакуумі. У разі розрахунку магнітної індукції у речовині необхідно враховувати звані молекулярні струми. Про це йтиметься у наступній статті.

Теорія це добре, але без практичного застосування це слова.

де r - Відстань від осі провідника до точки.

Відповідно до припущення Ампера у тілі існують мікроскопічні струми (мікроструми), обумовлені рухом електронів в атомах. Вони створюють своє магнітне поле та орієнтуються в магнітних полях макрострумів. Макроток - це струм у провіднику під впливом ЕРС чи різниці потенціалів. Вектор магнітної індукції характеризує результуюче магнітне поле, створюване всіма макро-і мікрострумами. Магнітне поле макрострумів описується також і вектором напруженості. . У разі однорідного ізотропного середовища вектор магнітної індукції пов'язаний із вектором напруженості співвідношенням

(5)

де μ 0 - магнітна постійна; μ- магнітна проникність середовища, що показує, у скільки разів магнітне поле макрострумів посилюється або послаблюється за рахунок мікрострумів середовища. Інакше кажучи, μ показує, скільки разів вектор індукції магнітного поля в середовищі більше або менше, ніж у вакуумі.

Одиниця напруженості магнітного поля – А/м. 1А/м - напруженість такого поля, магнітна індукція якого у вакуумі дорівнює
Тл. Земля є величезним кулястим магнітом. Дія магнітного поля Землі виявляється на її поверхні та в навколишньому просторі.

Магнітним полюсом Землі називають ту точку її поверхні, у якій вільно підвішена магнітна стрілка розташовується вертикально. Положення магнітних полюсів схильні до постійних змін, що обумовлено внутрішньою будовою нашої планети. Тому магнітні полюси не збігаються з географічними. Південний полюс магнітного поля Землі розташований біля північних берегів Америки, а Північний полюс – в Антарктиді. Схема силових ліній магнітного поля Землі показано на рис. 5 (пунктиром позначено вісь обертання Землі): - горизонтальна складова індукції магнітного поля; N r , S r - географічні полюси Землі; N, S – магнітні полюси Землі.

Напрямок силових ліній магнітного поля Землі визначається за допомогою магнітної стрілки. Якщо вільно підвісити магнітну стрілку, вона встановиться за напрямом дотичної до силової лінії. Так як магнітні полюси знаходяться всередині Землі, магнітна стрілка встановлюється не горизонтально, а під деяким кутом до площини горизонту. Цей кут називають магнітним нахилом. З наближенням до магнітного полюса кут збільшується. Вертикальна площина, в якій розташована стрілка, називається площиною магнітного меридіана, а кут між магнітним і географічним меридіанами – магнітним відмінюванням. Силовий характеристикою магнітного поля, як зазначалося, є магнітна індукція У. Її значення невелике і змінюється від 0,42∙10 -4 Тл на екваторі до 0,7∙10 -4 Тл у магнітних полюсів.

p align="justify"> Вектор індукції магнітного поля Землі можна розділити на дві складові: горизонтальну та вертикальну
(Рис. 5). Укріплена на вертикальній осі магнітна стрілка встановлюється у напрямку горизонтальної складової Землі . Магнітне відмінювання , нахилення α та горизонтальна складова магнітного поля є основними параметрами магнітного поля Землі.

Значення визначають магнітометричним методом, який ґрунтується на взаємодії магнітного поля котушки з магнітною стрілкою. Прилад, званий тангенс-бусоллю, є невеликою бусоль (компас з лімбом, розділеним на градуси), укріплену всередині котушки 1 з декількох витків ізольованого дроту.

Котушка розташована у вертикальній площині. Вона створює додаткове магнітне поле (діаметр котушки і число витків вказуються на приладі).

У центрі котушки міститься магнітна стрілка 2. Вона повинна бути невеликою, щоб можна було приймати індукцію, що діє на її полюси, що дорівнює індукції в центрі кругового струму. Площина контуру котушки встановлюється так, щоб вона збігалася з напрямком стрілки і була перпендикулярна до горизонтальної складової земного поля. r. Під дією r індукції поля Землі та індукції поля котушки стрілка встановлюється за напрямком індукції, що рівнодіє р(Рис. 6 а, б).

З рис. 6 видно, що

(6)

Індукція магнітного поля котушки у центрі –

7)

де N – число витків котушки; I - Струм, що йде по ній; R – радіус котушки. З (6) і (7) випливає, що

(8)

Важливо, що формула (8) є наближеною, тобто. вона вірна тільки в тому випадку, коли розмір магнітної стрілки набагато менший за радіус контуру R. Мінімальна помилка при вимірі фіксується при куті відхилення стрілки ≈45°. Відповідно до цього і підбирається сила струму в котушці тангенс-бусолі.

Порядок виконання роботи

Встановити котушку тангенс-бусолі так, щоб її площина збіглася з напрямком магнітної стрілки.

Зібрати ланцюг за схемою (рис. 7).

3. Включити струм і виміряти кути відхилення в кінці стрілки
і
. Дані занести до таблиці. Потім за допомогою перемикача П змінити напрямок струму на протилежне, не змінюючи величини сили струму, і виміряти кути відхилення в обох кінців стрілки
і
знову. Дані занести до таблиці. Таким чином, усувається помилка визначення кута, пов'язана з розбіжністю площини котушки тангенс-бусолі з площиною магнітного меридіана. Обчислити

Результати вимірювань I та занести до таблиці 1.

Таблиця 1

Обчислити У порівн. за формулою

де n – число вимірів.

Знайти довірчу межу загальної похибки за формулою

,

Де
- Коефіцієнт Стьюдента (при =0,95 іn=5
=2,8).

Результати записати у вигляді виразу

.

Контрольні питання

Що називається індукцією магнітного поля? Яка одиниця її виміру? Як визначається напрямок вектора магнітної індукції?

Що називається напруженістю магнітного поля? Який її зв'язок з магнітною індукцією?

Сформулювати закон Біо-Савара-Лапласа, обчислити на його основі індукцію магнітного поля в центрі кругового струму, індукцію поля прямого струму та соленоїда.

Як визначається напрямок індукції магнітного поля прямого та кругового струмів?

У чому принцип суперпозиції магнітних полів?

Яке поле називають вихровим?

Сформулюйте закон Ампера.

Розкажіть про основні параметри магнітного поля Землі.

Яким чином можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля Землі?

Чому вимірювання горизонтальної складової індукції магнітного поля вигідніше проводити при вугіллі відхилення стрілки в 45°?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

Електричний струм у провіднику утворює магнітне поле навколо провідника. Електричний струм та магнітне поле - це дві невіддільні один від одного частини єдиного фізичного процесу. Магнітне поле постійних магнітів у кінцевому підсумку також породжується молекулярними електричними струмами, утвореними рухом електронів орбітами і обертанням їх навколо осей.

Магнітне поле провідника та напрямок його силових ліній можна визначити за допомогою магнітної стрілки. Магнітні лінії прямолінійного провідника мають форму концентричних кіл, розташованих у площині, перпендикулярній провіднику. Напрямок магнітних силових ліній залежить від напрямку струму у провіднику. Якщо струм у провіднику йде від спостерігача, то силові лінії спрямовані за годинниковою стрілкою.

Залежність напряму поля від напрямку струму визначається правилом свердла: при збігу поступального руху свердла з напрямком струму в провіднику напрям обертання ручки збігається з напрямком магнітних ліній.

Правилом свердла можна користуватися і для визначення напрямку магнітного поля в котушці, але в наступному формулюванні: якщо напрямок обертання рукоятки буравчика поєднати з напрямком струму у витках котушки, поступальний рух буравчика покаже напрямок силових ліній поля всередині котушки (рис. 4.4).

Усередині котушки ці лінії йдуть від південного полюса до північного, а поза нею – від північного до південного.

Правилом свердла можна користуватися також і при визначенні напрямку струму, якщо відомий напрям силових ліній магнітного поля.

На провідник зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, діє сила, що дорівнює

F = I·L·B·sin

I - сила струму у провіднику; B – модуль вектора індукції магнітного поля; L - Довжина провідника, що знаходиться в магнітному полі;  - кут між вектором магнітного поля і напрямком струму в провіднику.

Силу, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називають силою Ампера.

Максимальна сила Ампера дорівнює:

F = I·L·B

Напрямок сили Ампера визначається за правилом лівої руки: якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а чотири витягнуті пальці були направлені у напрямку струму, то відігнутий на 90 градусів великий палець покаже напрямок сили, що діє на відріз провідника зі струмом, тобто сили Ампера.

Якщо і лежать в одній площині, то кут між і прямою, отже . Тоді сила, що діє елемент струму ,

(Зрозуміло, з боку першого провідника на другий діє така сама сила).

Результуюча сила дорівнює одній із цих сил. Якщо ці два провідники будуть впливати на третій, то їх магнітні поля і потрібно скласти векторно.

Контур зі струмом у магнітному полі

Рис. 4.13

Нехай у однорідне магнітне поле вміщено рамку зі струмом (рис. 4.13). Тоді сили Ампера, що діють на бічні сторони рамки, будуть створювати момент, що обертає, величина якого пропорційна магнітній індукції, силі струму в рамці, її площі Sі залежить від кута a між вектором і нормаллю до площі:

Напрямок нормалі вибирають так, щоб у напрямку нормалі переміщався правий гвинт при обертанні струму в напрямку в рамці.

Максимальне значення обертальний момент має тоді, коли рамка встановлюється перпендикулярно магнітним силовим лініям:

Цей вираз також можна використовувати для визначення індукції магнітного поля:

Величину, рівну добутку, називають магнітним моментом контуру Р т. Магнітний момент є вектор, напрямок якого збігається із напрямком нормалі до контуру. Тоді крутний момент можна записати

При вугіллі a = 0 обертальний момент дорівнює нулю. Значення обертального моменту залежить від площі контуру, але з його форми. Тому на будь-який замкнутий контур, яким тече постійний струм, діє обертальний момент Мякий повертає його так, щоб вектор магнітного моменту встановився паралельно вектору індукції магнітного поля.

Піднести магнітну стрілку, вона прагнутиме стати перпендикулярно площині, що проходить через вісь провідника і центр обертання стрілки. Це вказує на те, що на стрілку діють особливі сили, які називаються магнітними силами. Крім дії на магнітну стрілку, магнітне поле впливає на заряджені частинки, що рухаються, і на провідники зі струмом, що знаходяться в магнітному полі. У провідниках, що рухаються в магнітному полі, або в нерухомих провідниках, що перебувають у змінному магнітному полі, виникає індуктивна електрорушійна сила (е. д. с.).

Магнітне поле

Відповідно до вищесказаного ми можемо дати таке визначення магнітного поля.

Магнітним полем називається одна з двох сторін електромагнітного поля, що збуджується електричними зарядами частинок, що рухаються, і зміною електричного поля і характеризується силовим впливом на рухомі заражені частинки, а отже, і на електричні струми.

Якщо просмикнути через картон товстий провідник і пропустити по ньому електричний струм, то сталева тирса, насипана на картон, розташуються навколо провідника по концентричних кіл, що є в даному випадку так звані магнітні індукційні лінії (рисунок 1). Ми можемо пересувати картон вгору або вниз по провіднику, але розташування сталевої тирси не зміниться. Отже, магнітне поле виникає навколо провідника по всій його довжині.

Якщо на картон поставити маленькі магнітні стрілки, то, змінюючи напрямок струму у провіднику, можна побачити, що магнітні стрілки повертаються (рисунок 2). Це показує, що напрямок магнітних індукційних ліній змінюється зі зміною напряму струму у провіднику.

Магнітні індукційні лінії навколо провідника зі струмом мають такі властивості: 1) магнітні індукційні лінії прямолінійного провідника мають форму концентричних кіл; 2) чим ближче до провідника, тим частіше розташовуються магнітні індукційні лінії; 3) магнітна індукція (інтенсивність поля) залежить від величини струму у провіднику; 4) напрямок магнітних індукційних ліній залежить від напрямку струму у провіднику.

Щоб показати напрямок струму у провіднику, зображеному в розрізі, прийнято умовне позначення, яким ми надалі користуватимемося. Якщо подумки помістити у провіднику стрілку за напрямом струму (рисунок 3), то провіднику, струм у якому від нас, побачимо хвіст оперення стріли (хрестик); якщо струм направлений до нас, побачимо вістря стріли (точку).

Малюнок 3. Умовне позначення напряму струму у провідниках

Правило буравчика дозволяє визначити напрямок магнітних індукційних ліній навколо провідника зі струмом. Якщо буравчик (штопор) з правим різьбленням рухатиметься поступово за напрямом струму, то напрям обертання ручки збігатиметься з напрямком магнітних індукційних ліній навколо провідника (рисунок 4).

Магнітна стрілка, внесена в магнітне поле провідника зі струмом, розташовується вздовж індукційних магнітних ліній. Тому визначення її розташування можна також скористатися "правилом буравчика" (рисунок 5). Магнітне поле є одним із найважливіших проявів електричного струму і не може бути отримано незалежно та окремо від струму.

Малюнок 4. Визначення напрямку магнітних індукційних ліній навколо провідника зі струмом за "правилом буравчика"	Малюнок 5. Визначення напрямку відхилень магнітної стрілки, піднесеної до провідника зі струмом, за "правилом буравчика"

Магнітна індукція

Магнітне поле характеризується вектором магнітної індукції, який має, отже, певну величину та певний напрямок у просторі.

Кількісне вираження для магнітної індукції в результаті узагальнення дослідних даних встановлено Біо та Саваром (рисунок 6). Вимірюючи за відхиленням магнітної стрілки магнітні поля електричних струмів різної величини і форми, обидва вчені дійшли висновку, що кожен елемент струму створює на деякій відстані від себе магнітне поле, магнітна індукція якого Δ Bпрямо пропорційна довжині Δ lцього елемента, величині струму, що протікає I, синусу кута α між напрямком струму і радіусом-вектором, що з'єднує цікаву для нас точку поля з даним елементом струму, і обернено пропорційна квадрату довжини цього радіус-вектора r:

де K- Коефіцієнт, що залежить від магнітних властивостей середовища та від обраної системи одиниць.

В абсолютній практичній раціоналізованій системі одиниць МКСА

де µ 0 - магнітна проникність вакуумуабо магнітна постійна в системі МКСА:

µ 0 = 4 × π × 10 -7 (генрі/метр);

генрі (гн) – одиниця індуктивності; 1 гн = 1 ом × сік.

µ – відносна магнітна проникність- безрозмірний коефіцієнт, що показує, у скільки разів магнітна проникність даного матеріалу більша за магнітну проникність вакууму.

Розмір магнітної індукції можна знайти за формулою

Вольт-секунда інакше називається вебером (вб):

Насправді зустрічається дрібніша одиниця магнітної індукції – гаус (гс):

Закон Біо Савара дозволяє обчислити магнітну індукцію нескінченно довгого прямолінійного провідника:

де а- Відстань від провідника до точки, де визначається магнітна індукція.

Напруженість магнітного поля

Відношення магнітної індукції до твору магнітних проникностей µ × µ 0 називається напруженістю магнітного поляі позначається буквою H:

B = H × µ × µ 0 .

Останнє рівняння пов'язує дві магнітні величини: індукцію та напруженість магнітного поля.

Знайдемо розмірність H:

Іноді користуються іншою одиницею виміру напруженості магнітного поля – ерстедом (ер):

1 ер = 79,6 а/м ≈ 80 а/м ≈ 0,8 а/см .

Напруженість магнітного поля H, як і магнітна індукція Bє векторною величиною.

Лінія, що стосується кожної точки якої збігається з напрямом вектора магнітної індукції, називається лінією магнітної індукціїабо магнітною індукційною лінією.

Магнітний потік

Твір магнітної індукції на величину майданчика, перпендикулярному до напрямку поля (вектору магнітної індукції), називається потоком вектора магнітної індукціїабо просто магнітним потокомі позначається літерою Ф:

Ф = B × S .

Розмірність магнітного потоку:

тобто магнітний потік вимірюється у вольт-секундах або веберах.

Дрібнішою одиницею магнітного потоку є максвел (мкс):

1 вб = 108 мкс.
1мкс = 1 гс× 1 см 2.

Відео 1. Гіпотеза Ампера

Відео 1. Гіпотеза Ампера

Відео 2. Магнетизм та електромагнетизм