Электрификация

Справочник домашнего мастера

Как определить полюса магнита?

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Измерения >

Теги статьи: Добавить тег

Определитель полярности магнита

multihobbyt
Опубликовано 25.03.2015
Создано при помощи КотоРед.

Понадобилось определять полюса магнита.Узнать где у магнита юг или север можно поднеся другой магнит с известной полярностью.И если полюс известного магнита притягивает ту сторону магнита ,полярность которого неизвестна,то он(полюс неизвестного магнита)противоположен.Т.е.юг притягивается к северу,а север к югу.Юг от юга отталкивается ,север отталкивается от севера.Ну а если к макниту с одинаковой силой притягивается любая сторона вашего исследуемого предмета,то предмет этот наверняка не магнит,а метал,например железо.(Широко известный факт в узких кругах:))Этот способ годится если есть магнит с известной полярностью и если второй магнит имеет достаточно большу магнитную силу.В общем полярность магнита,электромагнита, полюса мгнитов сложных форм,полюса обмоток электродвигателей можно определить с помощью простого устройства из подручных материалов.В любом компютерном кулере есть магнитоуправляемая микросхема FTC S276 или FTC S277 либо их аналог.

Если вынуть её из кулера и добавить к ней батарейку, два светодиода и один резистор получим устройство наподобии этого:

В кулере эта микросхема работает от 12В.Уменя без проблем получилось запитать её от 3 вольтовой батареки,взятой из сгоревшей старой материнки вместе с панелькой под неё.Светодиоды и кнопки тоже взяты от какой то компьютерной примочки.

Работает это так.При нажатии на любую из кнопок(правая с фиксацией и позволяет включить устройство одним нажатием до тех пор пока эта кнопка не будет нажата для выключения, левая без фиксации и включает устройство только пока палец на ней)загорится один из светодиодов.При поднесении магнита к микросхеме,загорится именно тот светодиод,который обозначит поднесённый полюс.Для северного (N)у меня использован синий светодиод,для южного (S)красный.На печатную плату установлены ещё дополнительные контакты для возможности снятия сигналов другим устройством.

Ссылка на демонстрацию работы https://youtu.be/wpA1af9Izs0

Попросьбе одного из читателей добавляю схему в графическом формате.

Содержание

Неодимовые магниты: особенности применения, плюсы и минусы

Сегодня большой популярностью пользуются неодимовые магниты, которые изготавливают из неодима, железа и бора. Именно такой состав помогает изготовить магнит с большим сцеплением. Если соединить два неодимовых магнита, то разъединить их руками, как мы привыкли делать с другими видами, не получится. В этом случае придется применять специальные приспособления. Широкий выбор неодимовых магнитов https://www.superneodim.com/ представлен в нашем магазине, каждый покупатель найдет свой идеальный вариант, который поможет выполнить поставленные перед ним задачи. Но перед покупкой лучше сразу разобраться в их особенностях, плюсах и минусах.

Особенности

Во время эксплуатации неодимовых магнитов нужно учитывать их особенности:

  • Срок службы такого типа магнитов составляет не менее 30 лет, но только в том случае если их надлежащим образом используют и хранят. Есть такие случаи, когда их можно полностью испортить, одним из них является нагревание более чем на 80 лет. Также они достаточно гибкие и могут легко ломаться и трескаться при малейших нагрузках.

  • При падении и ударе магнита от него может отколоться даже мельчайшая частица, а в большинстве случаев это грозит снижением сцепных характеристик. А сильный удар может привести к полной потере его свойств. Поэтому следует предпринять все возможное, чтобы не допустить их падения.

  • После покупки магнита изменить его форму и размер не получится, ведь в таком случае он потеряет свои основные свойства. Любая шлифовка, сверление сплава может привести к возгоранию сплава, к тому же высокая температура приведет к размагничиванию.

Используются неодимовые магниты в промышленности, а также при проведении различных экспериментов и опытов:

  • мощными устройствами можно легко очистить фильтры, улавливая даже мельчайшие металлические частицы;

  • их используют при изготовлении сувенирной продукции и игрушек;

  • благодаря их высокой сцепной силе они считаются хорошими помощниками в поиске металлических предметов под землей;

  • используют для изготовления магнитного крепежа;

  • применяются при изготовлении штор, жалюзи в качестве крепежного элемента;

  • они становятся незаменимыми элементами в медицине, ведь без них не будет работать ни один аппарат магнитно-резонансной томографии;

  • они широко используются в быту, ведь способны остановить любой тип счетчика;

  • их используют при производстве жестких дисков для компьютера.

Плюсы и минусы магнитов

У неодимовых магнитов есть ряд преимуществ, которые и позволяют сделать их востребованными:

  • мощность притяжения у них в десятки раз больше, чем у обычного магнита;

  • они пользуются спросом у крупных производителей, но и обычный потребитель может с легкостью их приобрести для использования в быту, например, широкий выбор представлен в нашем интернет-магазине;

  • за счет большой мощности размагничивание происходит медленно, за 10 лет всего 1%;

  • используют их во многих сферах;

  • небольшой вес и миниатюрные размеры не влияют на силу сцепления, чего не скажешь о других видах магнитов.

К недостаткам неодимовых магнитов можно отнести:

  • они могут принести вред здоровью и окружающей среде, если попадут в неумелые руки, с их помощью легко можно повредить обшивку стен и автомобиля;

  • расцепить их достаточно сложно, что в некоторых случаях может стать большим минусом;

  • негативно влияют на работу электронной техники;

  • не выдерживают ударов и падений;

  • размагничиваются при высоких температурах.

Но даже несмотря, на все эти недостатки они остаются самыми востребованными в любых отраслях, в том числе и в быту

Digitrode

Изменение полюсов магнита

Процесс, связанный с изменением полюсов магнита, зависит от того, является ли магнит по своей природе электромагнитом или постоянным магнитом. Электромагнит – это временный магнит, работающий от электричества. В нем провод намотан вокруг железного сердечника. Концы провода соединены с аккумулятором, вырабатывающим электрический ток, который намагничивает металлический сердечник. Постоянный магнит – это вещество, способное генерировать свое собственное длительное магнитное поле. Процесс внутреннего изменения магнитных полюсов магнита легче выполнить с электромагнитом, чем с постоянным магнитом. Если вы пишите реферат на тему магнитов, и он у вас не получается, то лучше заказать реферат недорого, чтобы сэкономить время и нервы. А здесь мы просто рассмотрим как поменять полюса у электромагнитов и постоянных магнитов.

Изменение полюсов у электромагнита

Выключите источник питания, который вы используете для питания электромагнита. Отсоедините провод от отрицательного разъема на вашем источнике питания. Отсоедините провод от положительного разъема на вашем источнике питания.

Подсоедините провод, отсоединенный от отрицательного клеммного разъема, к положительному клеммному разъему. Подсоедините оставшийся провод, который вы отсоединили от положительного разъема к отрицательному разъему. Это изменит полярность батареи и изменит направление электрического тока. Изменяя направление тока, вы меняете полюса электромагнита. Активируйте электрический ток, включив источник питания.

Изменение полюсов у постоянного магнита

Обмотайте изолированный медный провод вокруг постоянного магнита. Оберните катушку в направлении поляризации магнита. Оставьте по крайней мере 9-10 сантиметров провода на каждом конце.

Подсоедините концы провода к клеммам источника питания постоянного тока, организовав соединение таким образом, чтобы ток протекал в противоположном направлении север / юг магнитного поля постоянного магнита. Активируйте электрический ток, включив источник питания.

Кстати, самый простой способ «повернуть» полюса постоянного магнита – просто физически повернуть магнит на 180 градусов. В зависимости от коэрцитивной силы (магнитной интенсивности, необходимой для размагничивания магнита) материала, из которого состоит постоянный магнит, внутреннее реверсирование магнитного поля может потребовать значительного количества энергии. Вы можете использовать закон Фарадея для расчета необходимого напряжения и промежутка времени, необходимого для запуска электрического тока, чтобы инвертировать магнитное поле вашего постоянного магнита.

Исследовательская работа: Электричество и магнетизм. Что эффективнее, магнит или электромагнит?

Эксперименты с током и электромагнитным полем

Магнитное поле всегда сопровождает ток. Электрический ток без магнитного поля не существует.Я решил провести опыт, чтобы выяснить, действительно ли проводник под действием тока превращается в магнит.

Проводя ток через прямой проводник и соленоид, слежу за отклонением магнитной стрелки компаса. Результаты говорят о том, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле; у соленоида магнитное поле больше, чем у прямого проводника, но значительно слабее поля обычного магнита.

Факторы, влияющие на мощность электромагнита

Зависимость мощности электромагнита от наличия и материала сердечника.Поочередно меняя сердечники в электромагните, измеряем силу магнитного поля взвешиванием поднятого ими груза.

Полученные результаты (Приложение 3, Таблица 1) позволяют сделать следующий вывод: наличие сердечника в катушке влияет на величину магнитного поля. Наилучший результат показал сердечник из металла, его мы и будем использовать в следующих опытах.

Зависимость мощности электромагнита от диаметра сердечника. Поочередно меняя сердечники, измеряем силу магнитного поля взвешиванием поднятого ими груза. Проанализировав полученные результаты (Приложение 3, Таблица 2), можно сделать следующий вывод: размер сердечника в катушке влияет на величину магнитного поля. Наилучший результат показал сердечник наибольшего диаметра, его мы и будем использовать в следующих опытах.

Зависимость мощности электромагнита от сечения обмотки. Измеряем силу магнитного поля у разных электромагнитов взвешиванием поднятого ими груза. Полученные результаты (Приложение 3, Таблица 3) позволяют сделать следующий вывод: сечение проводника в обмотке влияет на магнитное поле катушки. Она выдает максимальные показатели при использовании проводника наименьшего сечения.

Зависимость мощности электромагнита от количества витков обмотки. Измеряем силу магнитного поля у разных электромагнитов взвешиванием поднятого ими груза. Подведя результаты (Приложение 3, Таблица 4) делаю вывод: количество витков в обмотке влияет на магнитное поле катушки. Она выдает максимальные показатели при большем количестве витков.

Зависимость мощности электромагнита от силы тока в сети. Меняя источники тока, измеряем силу магнитного поля электромагнита взвешиванием поднятого им груза. Проанализировав полученные результаты (Приложение 3, Таблица 5), можно сделать следующий вывод: величина силы тока влияет на магнитное поле катушки. Чем выше сила тока, тем сильнее магнитное поле.

Сравнение свойств электромагнита и обычного магнита

Выясним, можно ли менять полярность магнита и электромагнита. Определим полярность электромагнита при разных направлениях тока, поднося к компасу.

По результаты (Приложение 4, Таблица 1), делаем вывод: обычный магнит не меняет полярность, а полярность электромагнита можно поменять.

При взаимодействии двух электромагнитов, как и у обычных магнитов, одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются.

Сравним магнитное поле магнита и электромагнита.Высыпаю металлическую крошку на картон, поочередно подношу к нему магнит и электромагнит . Сравнивая получившиеся рисунки, можно сделать вывод, что магнитные поля магнита и электромагнита очень похожи (Приложение 4, Таблица 2).

На последнем этапе исследования я решил выяснить, какое устройство я могу сделать сам с помощью электромагнита. Зная свойства электромагнита я сделал электрозамок и автомобиль с крановой установкой (Приложение 5). С обычным магнитом эти устройства работать не будут.

Заключение

Проведя исследования, я в очередной раз убедился, насколько интересно почувствовать себя экспериментатором. Как интересно устроена работа таких, казалось бы привычных для нас, устройств.

В ходе своей исследовательской работы я выполнил все поставленные перед собой задачи и теперь могу сделать следующие выводы:

  1. Магнитного поля без электрического тока не существует.
  2. С помощью металлического сердечника и проводника, подключенного к питанию, можно сделать электромагнит.
  3. Меняя сердечник в катушке, сечение обмотки и количество витков в обмотке, регулируя силу тока можно контролировать величину магнитного поля электромагнита.
  4. Электромагнит, так же, как и магнит, имеет два полюса, но полярность электромагнита можно поменять.
  5. Гипотеза подтвердилась полностью – электромагниты схожи по своим свойствам с магнитами и даже превосходят их. Магнитная сила, созданная с помощью электроэнергии, имеет громадное преимущество: ее можно прервать простым поворотом выключателя.

Список литературы

  1. Как определить полярность магнита .
  2. Первый электромагнит .
  3. Перельман, И.Я. Занимательная физика. Книга 2/ И.Я. Перельман – М.: Наука, 1983. – 148 с.
  4. Свойства постоянных магнитов .
  5. Электромагниты – что это такое? Сила электромагнита .

Приложение 1. Результаты анкетирования

1. Есть ли у тебя дома электромагниты?

да 48% нет 26% не знаю 26%

2. Сколько полюсов у обычного магнита и электромагнита?

один 0% два 35%
у них разное количество полюсов 0% не знаю 65%

3. Как ты думаешь, можно ли поменять полюса у магнита и электромагнита?

да 22% нет 0% не знаю 70%
только у магнита 4% только у электромагнита 4%

4. Как ты думаешь, без чего не может работать электромагнит?

без электричества 56% без магнита 28% не знаю 16%

5. Где применяются электромагниты?

в транспорте 10% в медицине 9%
перемещение массивных объектов 10% бытовая техника 26%
производство электродвигателей 19% электроизмерительные приборы 26%

6. Можно ли в домашних условиях сделать электромагниты?

да 57% нет 39%
да, я уже делал 4% не знаю 0%

Приложение 2. Зависимость силы магнитного поля от формы проводника

Таблица 1

Форма Количество витков, шт Отклонение стрелки компаса, 0С Количество примагниченных скрепок, шт
проводник без тока 0 0 0
прямой проводник с током 0 20 0
соленоид с током 10 160 0
обычный магнит 180 15

График зависимости силы магнитного поля проводника с током различной формы

Приложение 3. Практическое применение

Домик с электрозамком

Автомобиль с крановой установкой

Перейти к содержанию
проекта «Что эффективнее, магнит или электромагнит?»

Какой тип магнита нужен для остановки счетчиков

Для остановки счетчиков используют неодимовые магниты (но это противозаконно, и мы не рекомендуем этим заниматься).

Как определить полюса магнитов?

Визуально определить полюс магнита невозможно.
Есть несколько простых методов, которые могут быть использованы для определения северного и южного полюсов магнитов.
Самый простой способ заключается в использовании другого магнита, в котором уже выделен один из полюсов (например Северный.
Северный полюс отмеченного магнита будет притягиваться к Южному полюсу тестируемого магнита. Если северный полюс отталкивается от тестируемого магнита, значит тестируемый магнит повернут к отмеченному магниту также Северным полюсом.
Если у вас есть под рукой компас, то стрелка компаса, которая указывает на север Земли, будет притягиваться к южному полюсу магнита.
Использовать тесламетр.
Если поднести щуп тесламетра к магниту, то на циферблате прибора появиться буква N или S . Буква N указывает, что вы измеряете Северный полюс магнита.
По требованию заказчика мы маркируем магниты синей (Северный ) и красной (Южный полюс) точкой.

Какой полюс магнита сильнее?

По теории — при идеальном намагничивании и при идеальном магните оба полюса имеют одинаковую силу.
Но это только в теории. За свою практику мы провели измерения тысячи разных магнитов. Всегда один полюс был на несколько процентов сильнее другого. Иногда это был Северный полюс, иногда — Южный.

Какой самый сильный тип магнита?

Неодим, а точнее неодим-железо-бор магниты (Nd-FeB) являются самыми сильными постоянными магнитами в мире.

Как заблокировать распространение магнитного поля магнита?

Магнитное поле магнита нельзя заблокировать. Его можно только перенаправить. Для этого используют материалы, которые являются ферромагнетиками (притягиваются к магниту) — железо, сталь (в которой содержится железо), кобальт и никель.
Например, если магниты доставляются авиатранспортом, то тару (упаковку, или ящики) дополнительно обкладывают листовой жестью (ферромагнитным материалом). Жесть шунтируюет магнитной поле — т.е. проводит через себя магнитное поле, при этом не позволяет магнитному полю распространяться.
Чем сильнее магнит — тем большей толщины нужны шунтирующие материалы.

Можно ли разрезать, распилить, расколоть магнит на два полюса?

Разрезать-то магнит пополам можно… Но при этом обе половинки магнитов «перемагнитятся» и образуют на себе по два полюса. Так можно магнит резать, измельчать аж до мельчайших частиц — но получить магнит с одним полюсом не удасться.

Существуют ли магниты с одним полюсом?

В магнита есть всегда только парное количество полюсов — Север и Юг (С и Ю) или North и South (N и S).
По крайней мере, такова современная точка зрения науки и техники.
Не бывает магнитов только с одним полюсом. Всегда пара !
В магнита может быть один, два, три и т.д. полюса N. Но всегда ж столько будет и полюсов S.

Если два магнитна склеить, то храктеристики склееного блока будут такие же как одного цельного магнита?

Да, система с двух (или более) магнитов будет вести себя почти так же, как один цельный магнит такого же размера.
Например, сила на отрыв склееных трех неодимовых магнитов D45x15мм в один блок (размером D45х45мм) всего лишь на 1,1-1,5 % меньше от силы на отрыв цельного неодимового магнитна, размером D45х45мм.
Сила притяжения металлической пластины 100x100x15мм, (ст. 3) склееными NdFeB магнитами D45x15мм в один блок (размером D45х45мм) на расстоянии 15 мм всего лишь на 0,8-1,1 % меньше от силы притяжения цельного NdFeB магнитна, размером D45х45мм при таких же условиях.
Боле подробно об этом читайте в моей статье «Сравниваем магнитные характеристики цельного магнита и склееного магнитного блока»

Как влияет толщина магнита на его магнитные характеристики?

Магниты разной толщины (h) при одинаковых размерах полюса имеют различные магнитные характеристики.
Если сравнивать одинаковые по ширине и длинне NdFeB магниты, но отличающие только по толщине, то разница в магнитных характеристиках будет следующей:
Сила магнита на отрыв:
— для магнита с толщиной 1h — 100%
— для магнита с толщиной 2h — в приделах 145-150%
— для магнита с толщиной 3h — в приделах 165-170%
Сила притяжения магнита на расстояни h:
— для магнита с толщиной 1h — 100%
— для магнита с толщиной 2h — в приделах 195 — 198%
— для магнита с толщиной 3h — в приделах 248-255%
Как видно из предоставленных данных, наращивание толщины магниты желательно для увеличения силы притяжения магнита (магнитной системы).
Боле подробно об этом читайте в моей статье «Как влияет толщина магнита на его магнитные характеристики»

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:

  • магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
  • магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются (рис. 1).

Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом (рис. 2). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.

На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.

Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока

В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему (рис. 4). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.

Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток (рис. 5). Направление линий определяется правилом правого винта:

Если винт вращать по направлению линий поля, он будет двигаться в направлении тока в проводнике.

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».

Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6, аналогична таковой для плоского магнита (рис. 3). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа (рис. 7 а, б).

Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:

Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта (рис. 8)

Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6, северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.

Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.

Направление силы определяется правилом левой руки:

Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 9).

Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.

Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.

Отношение не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.

Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.

В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):

Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы

(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)

Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле (Зарицкий А.Н.)

Магнитное взаимодействие. Постоянный магнит

Что многим из нас приходит в голову, когда мы слышим слово «магнит»? Скорее всего, это магнитная стрелка компаса. Вспомнив уроки географии и природоведения, подумаем, как же устроен компас. Основной его деталью является так называемая магнитная стрелка, обычно она двухцветная: синим покрыт её северный полюс, а красным южный.

Рис. 1. Компас

Стрелка ориентируется в пространстве таким образом, что своей синей частью показывает на северный полюс Земли, красной же своей частью – на южный полюс. Именно из-за такого свойства магнитной стрелки и пошли названия полюсов магнита. Северный полюс магнита принято обозначать большой буквой N от голландского слова «норд», которое в переводе обозначает «север», южный полюс магнита принято обозначать буквой S, от немецкого слова «сьюден», которое в переводе обозначает «юг». Теперь давайте обратим внимание на основное свойство магнитной стрелки – притягиваться к определенным участкам нашей планеты. Таким образом, возникает сила, которая ориентирует стрелку в пространстве. Эту силу принято называть магнитной. Давайте вспомним другие примеры магнитного взаимодействия: практически ежедневно мы сталкиваемся с таким устройством, как электромагнитный замок, они установлены на множестве дверей с домофонами, в них массивная пластина притягивается к мощному магниту, установленному на дверной раме.

Рис. 2. Устройство домофона

Пока вы не используете магнитный ключ – дверь не откроется.

Еще одно устройство, которое любят демонстрировать в зарубежных фильмах и научно-популярных передачах: это огромный электромагнит, установленный на манипуляторе, который притягивает к себе и переносит старые разбитые автомобили на свалке мусора.

Рис. 3. Магнит для притягивания автомобилей

В данном случае речь идет также о магнитной силе, причем настолько значительной, что она свободно преодолевает силу тяжести в десятки тысяч ньютон. Все описанные устройства объединяет то, что они работают на так называемом магнитном взаимодействии (или, как это принято называть, электромагнитном взаимодействии). В случае с магнитной стрелкой мы имеем дело с постоянным магнитом, в двух других случаях речь идет об электромагнитах. Давайте дадим определение постоянному магниту: Постоянный магнит – это тело, обладающее собственным магнитным полем.

Магнитное поле и его графическое изображение

На прошлых уроках мы выяснили, что причиной возникновения магнитной силы является наличие магнитного поля. Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и, в частности, электрическим током, поскольку это упорядоченный поток заряженных частиц. Например, магнитное поле образуется вокруг проводника с током. Каким же образом можно пояснить наличие магнитного поля у постоянных магнитов, у которых никаких видимых токов нет? Согласно гипотезе великого французского физика Ампера, в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах такие кольцевые токи ориентируются одинаково. Магнитные поля, которые они образуют, направлены одинаково и усиливают друг друга. В результате образуется магнитное поле внутри и вблизи постоянного магнита. Когда мы ранее сталкивались с понятием «поле», то возникала проблема понимания, что же это такое. Если сравнивать с понятием «вещество», этой проблемы, очевидно, нет, так как из вещества созданы все окружающие нас тела, мы их можем потрогать, мы их можем увидеть. Что же касается магнитного поля, то это особый вид материи, который проявляется через взаимодействие с определенными телами. Вспомним, что гравитационное поле взаимодействует с телами, имеющими массу, то есть со всеми телами. При этом электрическое поле взаимодействует с телами, имеющими заряд, что же касается поля магнитного, то оно будет взаимодействовать с телами, в которых есть подвижные заряды. Из этого возникает вопрос: если поле нельзя увидеть, можно ли его как-то изобразить? Проведем эксперимент, возьмем обыкновенный полосовой магнит, положим его на стол и накроем обыкновенной прозрачной пластиковой накладкой. Сверху на поверхность накладки над магнитом аккуратно посыпаем железные опилки, в процессе посыпания мы можем увидеть интересный эффект: опилки будут распределяться неравномерным образом, образуя так называемые дорожки, и картина этих дорожек получается упорядоченной. Что же мы увидели и почему так происходит?

Рис. 4. Силовые линии магнитного поля в опыте железными опилками

Наш опыт позволяет наглядно продемонстрировать так называемые силовые линии магнитного поля (или, как их еще именуют, просто магнитные линии). Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. В нашем эксперименте в роли магнитных стрелок выступают железные опилки. Они имеют очень простое свойство намагничиваться во внешнем магнитном поле и выстраиваться вдоль магнитных линий, причем по правилу взаимодействия магнитов, то есть противоположными полюсами друг к другу. Стоит отметить, что магнитные линии могут быть как прямолинейными, так и криволинейными, при этом правило их построения очень простое: в любой точке нахождения магнитной стрелки касательная, проведенная через нее должна быть и касательной к магнитной линии.

Для того чтобы правильно изображать магнитное поле, не проводя постоянных экспериментов с железными опилками и магнитами, необходимо знать правило его построени.

Во-первых, силовые линии магнитного поля являются замкнутыми либо уходят на бесконечность. Кроме этого, следует помнить, что они выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Во-вторых, наиболее сильное магнитное поле является у полюсов магнитов, что изображается как более плотное расположение магнитных линий, в областях же с менее сильным магнитным полем магнитные линии изображают на большем расстоянии друг от друга.

Какие же выводы мы можем сделать из этих правил?

Магнитные линии позволяют изображать направление поля в данной точке. Магнитные линии позволяют определять силу действия этого поля.

Неоднородное и однородное магнитное поле

Рассмотрим картину поля полосового магнита. Вблизи полюсов его магнитные линии расположены более плотно, чем вдали них. Кроме того, линии искривлены, это означает, что в различных точках пространства вблизи магнита, его поле будет действовать на магнитную стрелку с различной силой и по-разному ее поворачивать.

Рис. 5. Силовые линии неоднородного магнитного поля

Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различна как по модулю, так и по направлению. Такое поле называется неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, и их густота меняется от точки к точке. Другим примером неоднородного магнитного поля является поле проводника с током.

Рис. 6. Неоднородное магнитное поле проводника с током

На рисунке точкой обозначено направление тока на нас от рисунка, если бы там был крестик, то направление было бы от нас к рисунку. Эти обозначения именуют правилом стрелы. Точка обозначает острие, летящей в нашу сторону стрелы, а крестик ее хвостовое оперение, которое можно было бы увидеть, если бы стрела улетела от нас. Магнитные линии проводника представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника, что означает, что поле тем слабее, чем дальше от проводника. Поскольку линии такого поля искривлены и в различных точках расположены на разном расстоянии, то такое поле неоднородно. Кроме этого, необходимо отметить, что магнитное поле нашей планеты Земля также является неоднородным. Его сила очень зависит от географического расположения: на экваторе оно слабее, а на полюсах соответственно сильнее.

Что касается однородного магнитного поля, то его можно рассматривать только в некотором приближении, связано это с тем, что однородное магнитное поле – это поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинаково по модулю и по направлению.

Рис. 7. Магнитные линии однородного магнитного поля

Поскольку линии магнитного поля в реальной ситуации всегда искривлены, то об однородности можно говорить только приблизительно. Во-первых, однородным можно считать поле внутри, вблизи середины полосового магнита, о котором мы уже многократно говорили.

Во-вторых, примером практически однородного магнитного поля является поле внутри цилиндрической катушки с током, которую принято называть соленоидом, причем ее длина должна быть больше диаметра. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны и находятся на одинаковом расстоянии.

Итак, сегодня мы вспомнили такое понятие, как магнитное поле, перечислили случаи, когда оно образуется, ввели инструмент его графического изображения, то есть силовые магнитные линии.

На следующем уроке мы рассмотрим магнитное поле тока.

Домашнее задание

  1. Дать определение магнитной силе.
  2. В какой точке магнитное поле тока, протекающего по проводнику, действует на магнитную стрелку с наименьшей силой?
  3. В чем состоит различие между однородным и неоднородным магнитными полями?

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх