Где можно одновременно обнаружить и электрические, и магнитные поля?
Существует ли ответ на этот вопрос? Где могут одновременно действовать электрические и магнитные поля, какие примеры?
Есть варианты ответа:
- Возле неподвижной заряженной частицы или неподвижного магнита.
- Только вблизи движущейся заряженной частицы.
- Только вблизи потока заряженных частиц.
- Возле подвижной заряженной частицы и потока заряженных частиц.
комментировать
в избранное бонус
Помощ ни к [57.3K]
6 лет назад
Дело в том, что там, где есть электрический ток, там обязательно сосуществует и электрическое, и магнитное поле.
Чтобы понять где можно найти эти два поля одновременно, нужно разобраться и вспомнить что такое электричество, ток.
Это движение частиц с зарядом.
Выходит, что первый вариант сразу отпадает, так как неподвижная частица не образует электрическое поле.
Электрический ток — это движение не одной частицы, а целого потока, состоящего из этих частиц. Выходит, что правильный вариант последний (4 или Г) — электрическое поле появляется возле движущихся части и потока, а вместе с ним образуется и магнитное поле.
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:
- Она имеет малые размеры, такие, что ее поведение отражало бы характер поля в точке.
- Сила тока в рамке должна быть малой, такой, что влияние этого тока на источники исследуемого магнитного поля было бы несущественным.
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
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.
«Обнаружение магнитного поля» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Помощь с рефератом от нейросети
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 и электрическое поля
Опыт Эрстеда
Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда. Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся ее повернуть.
По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.
Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле.
Магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника, поворачивается на некоторый угол при включении тока в проводнике. При размыкании цепи стрелка возвращается в исходное положение.
Опыт Ампера
Два параллельных проводника, по которым протекает электрический ток, взаимодействуют между собой: притягиваются, если токи сонаправлены, и отталкиваются, если токи направлены противоположно. Это происходит из-за взаимодействия возникающих вокруг проводников магнитных полей.
Магнитное поле
Особый вид материи, который можно обнаружить по его воздействию на:
- движущийся электрический заряд;
- проводник с током;
- тела, обладающие магнитным моментом.
Характеристики магнитного поля
Вектор магнитной индукции
Магнитная индукция – векторная физическая величина, равная максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока (проводник длиной 1 м с силой тока в нем 1 А)
Обнаружение магнитного поля
Картина силовых линий прямого проводника с током, постоянного магнита
Силовые линии (или линии магнитной индукции) – это воображаемые линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к ним.
Информация о материале Просмотров: 8899
- Вы здесь:
- Главная
- Физика
- Магнитное поле
Как можно обнаружить магнитное и электрическое поля
С давних времён это явление вызывало немало вопросов, более того, до сих пор оно остаётся загадочным. Многие учёные занимались изучением свойств магнитного поля, потому что его потенциал и возможности применения уже тогда казались, без преувеличения огромными.
Как же образуется магнитное поле? Когда электрический ток проходит по проводнику, он создаёт вокруг себя магнитное поле, которое является одной из разновидностей материи, существующей в окружающем нас мире. Это поле обладает некой энергией, проявляющейся в электромагнитных силах, а также способной воздействовать на электрические заряды и на электрический ток в целом.
Влияние магнитного поля на поток заряженных частиц выражается в том, что они отклоняются от своей первоначальной траектории движения в перпендикулярном полю направлении. Магнитное поле, также иногда называют электродинамическим. Такое определение рождается из того, что это поле возникает только вокруг движущихся зарядов, при этом действие магнитного поля,также распространяется только на частицы, находящиеся в движении.
Динамическим магнитное поле называется из-за своего строения. Это некая область пространства, в котором находятся бионы – передатчики всех возможных в нём взаимодействий. Они постоянно вращаются, т. е., находятся в движении. Отсюда и динамическая характеристика поля — данное явление возникает, когда бионы приходят в движение, т. е., начинают вращаться.
Вывести их из состояния покоя способен лишь движущийся заряд. Когда он попадает в зону магнитного поля, то воздействуя на бион и, притягивает один из его полюсов. Таким образом, все бионы начинают вращаться. Если не будет заряда, то и бионы не будут вращаться, так как нет никаких других сил, которые бы воздействовали на него.
Электромагнитное поле
Магнитное поле не может существовать само по себе, как уже было сказано, причиной его возникновения является электрический заряд. Следовательно, магнитные и электрические поля неразрывно связаны между собой. Они всегда существуют в едином электромагнитном поле .
Взаимодействие их происходит следующим образом: изменения в электрическом поле заставляют меняться и магнитное поле, также верно и обратное утверждение, если изменения происходят в магнитном поле, то это сразу отражается на характеристиках электрического поля.
Основой этого поля также является заряженные частицы, движущиеся со скоростью света, которая составляет 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что и электромагнитное поле распространяется и изменяется именно с этой же скоростью.
Изображение характеристик магнитного поля
Часто приходится сталкиваться с необходимостью изображения магнитного поля графически – на схемах. Так как его свойства важны, и их нужно учитывать при различных расчётах, то обозначать их необходимо. Но как уже было сказано, скорость распространения поля слишком велика, чтобы можно было что-то зафиксировать, поэтому применяются схематические изображения магнитного поля, которые отражают его свойства.
Основным способом обозначения магнитного поля на схемах являются условные силовые линии. Направление каждой такой линии совпадает с направлением действия сил в магнитном поле. Эти линии всегда непрерывны и замкнуты, как и любые силы, действующие здесь. Схема автомобильного двигателя работает по такому же принципу. Подробнее вы можете прочитать в авто журнале — www.avtonerd.ru. Там есть статья подробно описывающая этот процесс в двигателе и коробке передач авто.
Чтобы определить направление силовой линии в любой точке магнитного поля, нужно использовать магнитную стрелку, которая имеет схожие с компасом свойства. Когда стрелка попадает в зону действия поля, её северный полюс начинает показывать в направлении действия сил.
Отсюда идут и привычные обозначения: тот конец постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, считается его северным полюсом. Тогда как противоположный конец, в котором силы замыкаются, называется южным полюсом магнита. Силовые линии, которые проходят внутри постоянного магнита не обозначаются на схемах.
Обозначение действующих сил с помощью силовых линий далеко не случайно, их можно обнаружить в любом магнитном поле и увидеть невооружённым взглядом. Сделать это можно с помощью металлических опилок. Насыпав их на лист бумаги, и внеся в магнитное поле, можно увидеть, как они начнут двигаться и выстраиваться в определённом порядке. Получившийся рисунок будет напоминать силовые линии, которые и можно увидеть на схеме.
Магнитное поле и его характеристики – это важнейшее явление в физике, которое находит достаточно широкое применение просто потому, что его нельзя не учитывать во многих вопросах. С ними связаны такие понятия как магнитная индукция и магнитная проницаемость.
Чтобы объяснить причины возникновения магнитного поля, необходимо всегда опираться на научные данные и правильный подход, иначе такой целостной картины может и не сложиться, особенно, в случае, когда нужно объяснять более глобальные взаимодействия.