Как обнаружить постоянное магнитное поле

1. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки

Магнитное поле, как мы выяснили, — это особый вид материи, существующей независимо от нашего сознания. Магнитное поле можно изобразить с помощью линий магнитного поля. А можно ли обнаружить магнитное поле?

Соберём электрическую цепь. Пока ключ не замкнут, с проводником ничего не происходит. Если замкнуть ключ, проводник начнёт двигаться внутрь магнита. Если поменять полюсы источника тока, проводник будет двигаться в противоположную сторону.

Рис. \(1\). Проводник без тока в магнитном поле

Рис. \(2\). Проводник с током в магнитном поле

Опыт демонстрирует воздействие магнитного поля на часть проводника, помещённого в поле подковообразного магнита.

При отсутствии электрического тока в проводнике он висит неподвижно. Магнитное поле не воздействует на проводник.

При замыкании ключа ток идёт от положительного полюса источника напряжения по красному проводу к проводнику. Поле постоянного магнита притягивает проводник. Проводник изменил своё положение.

Магнитное поле обнаруживается по его воздействию на проводник с током.

Движение проводника вызвано действием на него магнитного поля со стороны дугового магнита. Если поменять местами полюсы магнита, проводник изменит направление движения на противоположное.

Экспериментальные факты по обнаружению магнитного поля являются основанием для формулировки зависимости между физическими величинами, которые являются характеристиками электрического и магнитного полей.

На проводник с током, находящимся в магнитном поле, действует сила Ампера, направление которой определяется правилом левой руки.

Правило левой руки для проводника с током

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца указывали направление тока, то отставленный большой палец покажет направление действующей на проводник силы Ампера.

Рис. \(3\). Правило левой руки

На направление тока указывает направление движения положительно заряженных частиц. На заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Направление силы Лоренца также определяется по правилу левой руки.

Правило левой руки для заряженной частицы, движущейся в магнитном поле
Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной частицы), то отставленный большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Если заряженная частица движется вдоль линии магнитного поля, то сила со стороны магнитного поля не действует.

Обнаружение магнитного поля

При помощи органов чувств человек не может обнаружить магнитное поле. Наличие магнитного поля можно установить при его воздействии на:

• магнитную стрелку,
• проводник с током,
• движущийся электрический заряд.

Так, магнитное поле способно поворачивать в пространстве магнитные стрелки и рамки с токами, то есть на данные объекты наше поле оказывает ориентирующее воздействие. На проводник с током и перемещающийся заряд в магнитном поле действуют магнитные силы, перпендикулярные направлению перемещения зарядов.

Ориентирующее действие магнитного поля

Поместим малую (пробную) рамку с током в магнитное поле.

Замечание 1

Пробная рамка с током отвечает следующим требованиям:

1. Она имеет малые размеры, такие, что ее поведение отражало бы характер поля в точке.
2. Сила тока в рамке должна быть малой, такой, что влияние этого тока на источники исследуемого магнитного поля было бы несущественным.

Статья: Обнаружение магнитного поля

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Повернем нашу рамку на некоторый угол $\alpha $ относительно ее положения равновесия. Тогда на рамку будет оказывать действие момент сил, зависящий от силы тока в рамке $I$, площади ее поверхности $S$:

где $\alpha $ – угол поворота рамки.

Если рамку развернуть перпендикулярно силовым линиям поля, тогда $\alpha =\frac<\pi >,$, а вращающий момент сил становится наибольшим:

$M_\sim IS\left( 2 \right)$.

Отношение $M_max$ к силе тока и площади сечения рамки будет характеристикой магнитного поля в точке расположения рамки:

где $B$ – величина вектора магнитной индукции поля, являющаяся одним из основных параметров, описывающих поле.

Действие магнитного поля на заряженные частицы

Проведем следующий эксперимент. В трубке осциллографа получим прямолинейный пучок электронов, которые движутся по прямой линии. Падая на экран, этот пучок оставит лед в виде небольшого пятна. Приблизим к этому пучку снизу северный полюс линейного магнита. Пучок электронов сместится. Изменим полюс магнита, смещение пучка произойдет в противоположную сторону. Данный эксперимент указывает на то, что перемещающиеся электроны испытывают действие некоторой специфической силы в магнитном поле. Причем опыты показали, что эта сила пропорциональна скорости движения электронов. Подобным образом ведут себя любые другие заряженные частицы, перемещающиеся в магнитном поле.

Начинай год правильно ��
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

Сила, действующая на заряженную частицу, перемещающуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца, она равна:

$\vec_=q\left( \vec\times \vec \right)\left( 4 \right)$,

где характеристиками частицы являются:

• $q$ – величина заряда частицы;
• $\vec v$ — скорость движения частицы.

характеристикой поля является вектор магнитной индукции.

Выражение (4) является справедливым для постоянных и переменных магнитных полей.

Замечание 2

На заряд, находящийся в покое, магнитное поле не оказывает действия. Индикатором наличия магнитного поля служит перемещающийся заряд.

Формула (4) показывает принципиальный способ измерения индукции магнитного поля по силе воздействия поля на движущийся заряд.

С этой целью убеждаются в отсутствии электрического поля при помощи неподвижного заряда.

Находят такое направление скорости ($\vec v$), при котором сила Лоренца становится равной нулю. Это будет происходить, если вектор скорости сонаправлен или направлен в противоположную сторону вектору индукции. Так, с точностью до знака определяется направление магнитного поля.

Измеряют силу Лоренца при движении заряда нормально к вектору индукции поля. При этом:

$F_=q\left( \vec_\times \vec \right)\left( 5 \right)$,

где $\vec_\quad $ – скорость движения частицы перпендикулярная вектору поля ($\left( \vec_\vec \right)=0)$. Следовательно:

Формула (6) однозначно определяет вектор магнитной индукции.

Действие магнитного поля на токи

Эксперименты, показывающие действие магнитного поля на движущиеся заряды, обычно проводят не с отдельными частицами, а с их потоками.

Пусть ток создают движущиеся одинаковые частицы с зарядом $q$. Тогда плотность этого тока выразим как:

Сила, которая действует в магнитном поле на элемент объема ($dV), равна:dV), равна:

$d\vec=nq\left( \vec\times \vec \right)dV=(\vec\times\vec)dV\left( 8 \right)$,

где $N=ndV$ — число частиц в объеме $dV$.

Если ток течет по очень тонкому проводу, площадь сечения которого равна $S$, длина его $dl$ (малая длина), тогда сила, действующая на него в магнитном поле равна:

$d\vec=I\left( d\vec\times \vec \right)\left( 9 \right)$.

где $\vec jdV=I d\vec j$. Направление вектора $ d\vec j$ — совпадает с направлением силы тока.

Выражение (9) называется законом Ампера, а сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

Так, обнаружить магнитное поле можно по его воздействию силой Ампера на проводник с током.

Для тока, текущего в прямом проводнике, находящегося в однородном магнитном: поле, силу Ампера можно определить как:

где $l$ — длина прямого проводника.

Модуль силы Ампера из (10) равен:

Вектор силы Ампера перпендикулярен плоскости, в которой лежат $\vec l$ и $\vec B$ и направлен по правилу правого винта.

Магнитное поле, которое создается проводником с током можно обнаружить по его действию на другой проводник с током. Если токи в проводниках направлены в одну сторону, то проводники притягиваются. Будем считать, что наши проводники параллельны, и находятся в вакууме, тогда силы притяжения равны:

где R – расстояние между проводниками, $dF$ — сила с которой один проводник действует на элемент ($dl$) другого проводника.

Если токи в проводниках направлены в противоположные стороны, тогда они отталкиваются.

Воздействие токов на магниты

Магниты оказывают действие на электрические токи. В свою очередь токи воздействуют на магниты.

Рассмотрим эксперимент, который проводил Эрстед. Ученый разместил над магнитной стрелкой прямой провод (рис.1) параллельно плоскости стрелки. Стал пропускать ток по проводнику. При этом стрелка, способная вращаться около вертикальной оси, отклонялась и устанавливалась нормально к проводнику. Эрстед изменял направление течения тока, стрелка поворачивалась на 180 °. Тот же эффект возникал, когда проводник переносили под стрелку. Опыт Эрстеда показал связь между электрическими и магнитными явлениями.

Рисунок 1. Эксперимент Эрстеда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

как можно обнаружить магнитное поле?

На самом деле не так уж и сложно, самый простой способ обнаружить магнитное поле, это компас. Это намагниченная узкая полоска металла называемая стрелкой. Она всегда направлена в доль линий напряженности магнитного поля земли. Но если ее поднести к источнику магнитного поля скажем к работающему трансформатору или поднести к ней обыкновенный магнит то она изменит свое положение, то есть покажет, что есть более сильное внешнее поле которое и оказало на нее воздействие.

Остальные ответы

компас (если поле Земли)

Можно ещё элкектродом (если нет компаса под рукой) изгибаем буквой г, кочергу типа делаем, вешаем в зажатую ладонь короткой частью и идём . Электрод начнёт реагировать на электро-магнитные колебания (излучения)

обычным компасом

Похожие вопросы

Магнитное поле: его сущность и способы обнаружения

Статья рассказывает о магнитном поле, его свойствах, методах обнаружения и измерения, а также практическом применении данной темы в различных областях.

Магнитное поле: его сущность и способы обнаружения обновлено: 30 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В данной лекции мы будем изучать магнитное поле и его свойства. Магнитное поле является одним из фундаментальных понятий в физике и имеет широкое применение в различных областях науки и техники. Мы рассмотрим, что такое магнитное поле, как его обнаружить и измерить, а также рассмотрим некоторые практические применения обнаружения магнитного поля. Приступим к изучению этой увлекательной темы!

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Как обнаружить магнитное поле?

Использование компаса для обнаружения магнитного поля

Компас – это инструмент, который используется для определения направления магнитного поля. Он состоит из стрелки, которая выравнивается вдоль линий магнитного поля. Когда компас помещается в магнитное поле, стрелка компаса будет указывать в направлении магнитного поля.

Принцип работы датчиков магнитного поля

Датчики магнитного поля – это устройства, которые используются для измерения магнитной индукции в определенной точке. Они работают на основе эффекта Холла, который заключается в том, что при прохождении электрического тока через проводник в магнитном поле возникает разность потенциалов между боковыми гранями проводника. Эта разность потенциалов пропорциональна магнитной индукции и может быть измерена датчиком магнитного поля.

Свойства магнитного поля

Линии магнитной индукции

Линии магнитной индукции – это воображаемые линии, которые показывают направление и силу магнитного поля в пространстве. Они представляют собой замкнутые кривые, которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. Чем плотнее линии магнитной индукции расположены друг к другу, тем сильнее магнитное поле в этой области.

Полярность магнитных полюсов

Магниты имеют два полюса – северный и южный. Северный полюс магнита притягивает южный полюс, а отталкивается от другого северного полюса. Южный полюс магнита притягивает северный полюс, а отталкивается от другого южного полюса. Это свойство называется полярностью магнитных полюсов.

Взаимодействие магнитных полей

Магнитные поля могут взаимодействовать друг с другом. Если два магнита приблизить друг к другу, их поля могут притягиваться или отталкиваться в зависимости от полярности и расположения полюсов. Если северный полюс одного магнита приблизить к северному полюсу другого магнита, они отталкиваются. Если северный полюс одного магнита приблизить к южному полюсу другого магнита, они притягиваются.

Измерение магнитного поля

Использование гауссметра для измерения магнитной индукции

Гауссметр – это прибор, который используется для измерения магнитной индукции, то есть силы и направления магнитного поля. Он обычно имеет дисплей, на котором отображается значение магнитной индукции в единицах, называемых гауссами или теслах.

Единицы измерения магнитного поля

Существует несколько единиц измерения магнитного поля. Одной из наиболее распространенных единиц является гаусс (G). Гаусс – это единица измерения магнитной индукции, которая показывает силу магнитного поля. Другой распространенной единицей является тесла (T). 1 тесла равен 10 000 гауссам.

Например, если гауссметр показывает значение магнитной индукции 500 G, это означает, что магнитное поле имеет силу 500 гауссов.

Заключение

Магнитное поле – это физическое явление, которое создается движущимися электрическими зарядами. Оно обладает свойствами, такими как линии магнитной индукции и полярность магнитных полюсов. Магнитное поле можно обнаружить с помощью компаса или специальных датчиков. Для измерения магнитной индукции используется гауссметр, а единицами измерения являются гауссы и теслы. Магнитные поля имеют широкое практическое применение в различных областях, включая электронику, медицину и радиочастотную технику.

Магнитное поле: его сущность и способы обнаружения обновлено: 30 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру