Проведем в магнитном поле ряд непрерывных линий так, чтобы эти линии всюду совпадали с направлением силы поля (с направлением магнитной индукции). Полученная картина может служить изображением магнитного поля.

Если перемещать вдоль линии магнитного поля маленькую, свободно подвешенную компасную стрелку, то ее ось всюду будет совпадать с близлежащим участком линии. На одной из линий рис. 2.13 изображены компасные стрелки в четырех положениях.

Рис. 2.13. Магнитное поле стержневого магнита

Рис. 2.14. Магиитное поле прямолинейного проводника с током. Сопоставьте с рис. 2.10

На рис. 2.13, 2.14 посредством линий изображены магнитные поля постоянного магнита и прямолинейного проводника с током. Стрелки на линиях показывают направление магнитного поля (то направление, которое указывал бы северный конец компасной стрелки).

Для того чтобы по рисунку можно было судить и о силе поля, условились проводить линии тем ближе одна к другой, чем сильнее поле.

Из рис. 2.13 видно, что самое сильное поле - непосредственно около полюсов магнита. Из рис. 2.14 видно, что поле тока сильнее всего около провода, а по мере удаления от него поле ослабевает.

В § 2.1 говорилось, что небольшие железные тела под влиянием магнита сами становятся магнитами (рис. 2.1, а).

Поэтому понятно, что если положить на доску постоянный магнит и посыпать доску железными опилками, то они расположатся так, как расположились бы маленькие компасные стрелки. Картины, получаемые посредством опилок, дают наглядное представление о поле.

На рис. 2.15 изображено магнитное поле катушки. Если свернуть провод спиралью, намотав его как катушку, то одинаково направленные поля отдельных витков сложатся друг с другом, усиливая поле внутри катушки.

Направление магнитной линии совпадает с осью катушки, и поле достигает там наибольшей величины. Поле внутри катушки приблизительно однородно, т. е. сила поля остается приблизительно одинаковой в различных точках. Одинаковыми будут и расстояния между соседними магнитными линиями, имеющими наибольшую плотность внутри катушки.

Рис. 2.15. Картина магнитного поля катушки

Магнитное поле (МП), графическое изображение. Магнитная индукция проводников различной формы.

В 1820г Эрстед обнаружил связь электричества и магнетизма. Повторив опыты Эрстеда, Андре Мари Ампер пришёл к выводу: проводник с током сам становится магнитом, поэтому он действует на магнитную стрелку и поворачивает её. Магнитное поле – это особый вид материи, существующий реально, т.е. независимо от нас, наших знаний о нём.

Свойства МП. Создается движущимися электрическими зарядами, токами.

Действует на движущиеся электрические заряды, токи.

Силовые линии МП замкнуты, поэтому МП –

вихревое поле

Замкнутость силовых линий магнитного поля есть следствие отсутствия в природе изолированных магнитных полюсов.

Векторные поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми полями .

Магнитное поле - вихревое.

Магнитная индукция В– силовая характеристика магнитного поля.Индукцию магнитного поля можно определить по силе, действующей на проводник с током в магнитном поле. Модулем вектора магнитной индукции называется отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка.

Силовые линии магнитного поля - линии магнитной индукции, проведены так, что касательные к ним в каждой точке поля указывают направление поля в этой точке, свободная маленькая магнитная стрелка в любой точке магнитного поля расположится по направлению вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции в южный полюс входят, из северного выходят.

За единицу магнитной индукции принимается магнитная индукция однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила 1 Н. Поэтому магнитная индукция – силовая характеристика МП. Если во всех точках некоторой части пространства вектор индукции магнитного поля имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то магнитное поле называется однородным.

Поле внутри полосового постоянного магнита и катушки с током - однородное МП.

Направление линий магнитного поля прямого тока.Правило обхвата правой руки. Если обхватить прямой проводник ладонью правой руки так, чтобы отставленный большой палец был направлен вдоль тока, то четыре пальца покажут направление линий магнитной индукции поля тока.

Направление линий магнитного поля кругового тока. Если четыре пальца правой руки направить вдоль тока, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитной индукции поля тока.

Изображение токов и магнитных полей.

Направление тока в проводнике на нас перпендикулярно плоскости листа. - направление тока в проводнике от нас перпендикулярно плоскости листа.

Библиографическое описание: Насекин К. Г., Маюров С. Г. Получение картины магнитного поля // Юный ученый. 2015. №1. С. 75-78..04.2019).

Введение. Магнетизм

Природные магниты, попросту говоря, кусочки магнитного железняка - магнетита (химический состав: 31 % железа и 69 % кислорода) не везде назывались магнитами. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть всех этих названий переводится как «любящий». Так поэтичным языком древних описано свойство кусков магнита - притягивать железо.

«Любящий камень» - такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Сила у естественных магнитов незначительна, и потому греческое название магнита - переводится как «геркулесов камень».

Не следует думать, что магнит действует только на железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывают на себе действие сильного магнита, хотя и не в такой степени, как железо. Металлы: никель, кобальт, марганец, платина, золото, серебро, алюминий - в слабой степени притягиваются магнитом. Еще замечательное свойство так называемых диамагнитных тел, например цинка, свинца, серы, висмута: эти тела отталкиваются от сильного магнита!

Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение или отталкивание магнита, правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние на эти вещества.

Основная часть

Линии магнитных сил

У человека нет органа чувств, воспринимающего магнитное поле, поэтому о существовании магнитных сил, которые окружают магнит, он может лишь догадываться. Однако нетрудно косвенным образом обнаружить картины распределения этих сил. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок.

Для этого нужно взять магнит, сверху накрыть его стеклянной пластиной. На пластину положить лист бумаги. Далее насыпать опилки тонким ровным слоем на лист бумаги, встряхивая опилки легкими ударами. Магнитные силы свободно проходят сквозь бумагу и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на мгновение отделяются от пластинки и могут под действием магнитных сил легко повернуться.

В результате опилки располагаются рядами, наглядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Можно увидеть, как, они лучисто расходятся от каждого полюса магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса они разрежаются и утрачивают свою отчетливость, наглядно доказывая ослабление магнитных сил с расстоянием.

Актуальность работы

Работа посвящена совершенствованию получения картин магнитного поля, которые отчетливо показывают магнитные линии. Используя известные способы получения плоских картин, необходимо разработать способ получения объемных картин магнитного поля.

Получение изображения с помощью магнита и железных опилок

Чтобы получить такой рисунок, нужно взять: магнит, небольшое стекло, лист бумаги, железные опилки. Вначале мы положили магнит на верстак, далее накрыли его стеклом. На стекло положили лист бумаги, после чего сыпали железные опилки. Чтобы получился красивый рисунок нужно:

1) Не сыпать железные опилки с небольшой высоты от магнита. Из-за этого опилки слепляются в воздухе и падают на лист в куче.

2) Железные опилки лучше сыпать около полюсов, чтобы было четко видно магнитные линии.

Действие магнитного поля на экран дисплея

Магнитное поле магнита действует и на экран дисплея. Если взять магнит и поднести к экрану дисплея, то происходит много разных явлений:

1. Искажение изображения на экране дисплея.

2. Изменение цветовой палитры экрана дисплея.

Если магнит поднести прямо к стеклу дисплея, то возникает своеобразная и красивая картина на нем. Когда магнит отдаляется от экрана, картина становится менее четкой. На фотографиях, сделанных в этот момент, можно увидеть некоторую закономерность. Если на экран дисплея положить два кольцеобразных магнита, то образуется рисунок, отличающийся от рисунка, образованного одним магнита. На границе этих рисунков можно заметить линии, как-то связанные с магнитным полем. Если количество магнитов меняется или изменяется расположение полюсов магнита, то и рисунок будет другим. Если на экран дисплея положить кольцеобразный магнит с большой магнитной силой, то экран дисплея станет темным, а внутри кольца экран светится различными красками.

В книге написано, что магнитное поле действует на электроны. При этом взаимодействии электроны не попадают в нужное место и возникают искажения. Опыты проводились на старом мониторе.

Получение объемных картин магнитного поля

В ходе работы были получены и сфотографированы картины магнитного поля различных магнитов с помощью железных опилок. При анализе результатов было замечено, что картины магнитного поля либо плоские, либо опилки поднимаются на небольшую высоту, и не дают полной информации о магнитном поле. Ведь, чтобы получить картины магнитного поля даже одного магнита нужно проделать несколько опытов. Чтобы получить картину магнитного поля одного магнита, нужен один опыт, другого магнита - второй опыт. Возник вопрос: как получить картины магнитного поля в объеме? Что нужно сделать, чтобы картина магнитного поля получилась в объеме? Возникает проблема, мешает сила тяжести, действующая на железные опилки. Для решения этой проблемы нужно уменьшить вес опилок. Уменьшить вес тела в обычных условиях можно только с помощью жидкости. В этом случае подходит жидкость «глицерин». Преимущества этой жидкости:

1. Имеет большую плотность, чем вода = 1260 кг/м 3

2. Глицерин прозрачен.

3. Глицерин безвреден для здоровья человека.

4. У глицерина хорошая вязкость.

Если взять воду, то выталкивающая сила будет меньше. Почему? У воды меньшая плотность, чем у глицерина. У воды маленькая вязкость.

Описание оборудования

Было взято два сосуда в форме прямоугольного параллелепипеда из оргстекла, размеры которых 85 x 85 x 55 мм. Один сосуд негерметизированный, для случая, если нужно добавить опилок или глицерина, но он закрывается с помощью бронзовых болтиков и становится герметичным. Чтобы герметизировать сосуд, поверхность краев сосуда смазывалась эпоксидной смолой, и крышка плотно прижималась к сосуду. Другой сосуд для демонстрации картин магнитного поля, был изготовлен, но в нем были оставлены два металлических стержня из железа. Перед герметизацией сосуда, в него нужно залить глицерин и засыпать железные опилки. Чтобы делать опыты нужно тщательно перемешать глицерин и опилки, вращая в руке сосуд.

1. Нужно взять сосуд без стержней и резкими движениями перемешать опилки в глицерине и поставить его на магнит с большой магнитной силой. Тогда железные опилки построят объемный рисунок магнитных линий не только на дне сосуда, но и на большом расстоянии от дна.

2. Нужно взять сосуд со стержнями и резкими движениями перемешать и поставить на магнит. Тогда железные опилки построят объемный рисунок возле стержней и на дне сосуда.

Чтобы железные опилки построили объемную картину магнитного поля, нужно несколько минут. Потом можно снять сосуд и поставить магнит в другом месте и картина снова изобразится. Но лучше оставить сосуд на сутки, так как глицерин слегка мутный, поэтому картина проявится лучше.

С помощью эпоксидной смолы, железных опилок в маленькой пластмассовой коробочке была попытка получения картины магнитного поля. Опыт удался, но его нужно повторить.

Мои впечатления: увидев эти явления, я был в изумлении от такого свойства магнита. Для меня это очень интересно и увлекательно. В зависимости от вида магнита, картины магнитного поля получаются разными. Картины магнитного поля всегда получаются красивыми, они могут меняться.

Магниты в воздухе

Когда проводились опыты получения картин магнитного поля, происходило следующее: при перемещении магнита под стеклом, железные опилки двигались вместе с магнитом и меняли угол наклона, высоту. Возник вопрос: что будет, если кусочки магнитов поместить в изменяющееся магнитное поле? Если подключить проволочную катушку с железным сердечником к источнику тока, возникнет магнитное поле. Если железные опилки поместить рядом с проволочной катушкой, то можно получить картину магнитного поля. Если подключить ее к источнику постоянного тока (батарее, аккумулятору), тогда железные опилки создадут неподвижную картину магнитного поля. А если к источнику переменного тока, то можно услышать слабое гудение, значит, опилки вибрируют. Это можно использовать для опытов. Рассмотрим ход опыта:

1. Взять шарики из пенопласта и поместить в них кусочки разбитого магнита.

3. После этого поместить пенопластовые шарики с кусочками магнитами в коробочку.

4. Поставить коробочку с шариками на катушку.

5. Катушку из медного провода подключить к источнику переменного тока.

В результате действия магнитного поля на осколки магнитов в шариках из действия опыта, в магнитном поле создается хаотичное движение молекул.

Магниты дома

В моей семье сувениры на магнитах можно увидеть на холодильнике. Эти магниты, так скажем декоративные. Они у нас появляются от родственников, знакомых, которые где-нибудь отдыхали, или сами привозим с отдыха, как традиция.

Но самое важное применение магнитов в холодильнике скрыто от наших глаз. В холодильнике магниты в виде полос используются в уплотнителе дверей. С помощью этого идет притяжение дверцы к корпусу и происходит уплотнение, влага не попадает в холодильник.

Еще у нас есть набор инструментов, в котором есть намагниченные отвертки. Такие отвертки нужны для того, чтобы не потерять какой-нибудь шуруп. Дома есть шторы, для придания нужной формы на них вешаются магнитные клипсы. Еще есть простой магнит, на него мы вешаем ключи от дома, чтобы они не потерялись. Раньше дома использовался музыкальный центр, у которого было две колонки, в этих колонках есть магниты. В бытовой технике часто используются магниты.

Есть такие сувениры, принцип действия которых основывается на использовании магнитного поля магнитов. У меня есть специальные магниты, из которых можно составлять различную цепочку. В кабинете физики есть сувенир «горизонтальная юла». Кончик юлы упирается в стекло, она висит над подставкой и ее можно раскручивать. Есть игра дартс. Современный дартс основан на действии магнита, у дротика на кончике магнит.

Результаты работы

1. Получены картины магнитного поля магнитов разной формы;

2. Получены картины магнитного поля магнитов с разной магнитной силой;

3. Получены картины искажений изображений экрана на дисплее;

4. Получены объемные картины магнитных полей магнитов разных форм и разной магнитной силой;

5. Составлена коллекция фотоизображений картин магнитных полей на цифровых носителях;

6. Сделана модель движущихся магнитов в переменном магнитном поле;

7. Сделана попытка получить «вечную» картину магнитного поля.

8. Работа может быть продолжена с целью получения более сложных картин магнитных полей.

Выводы

1. Картины магнитных полей бывают разнообразными.

2. Их вид зависит:

а) - от формы магнита;

б) - от магнитной силы;

в) - от наличия полюсов.

3. Магнитное поле действует на изображение на экране старого дисплея или телевизора и возникают различные явления

а) - появление пятен на экране дисплея;

б) - искажение изображения на экране дисплея;

в) - изменение цветовой палитры экрана дисплея;

г) в расположении пятен на экране дисплея угадывается, какая-то картина.

4. Объемные картины магнитного поля дают больше информации о расположении магнитных линий.

5. Переменное магнитное поле заставляет магниты двигаться.

Литература:

1. Карцев В. П. Приключения великих уравнений, издательство «Знание» М.-1978

2. Перельман Я. И. Занимательная физика, издательство «Наука» М.-1972

3. А. С. Енохович. Справочник по физике и технике, издательство «Просвещение» М.- 1983

4. А. Шилейко, Т. Шилейко Электроны…электроны, издательство «Детская литература» М.- 1983

5. Л. В. Тарасов Физика в природе М.: Просвещение, 1998 г.

Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.

Однородные магнитные поля

В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.

Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.

В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.

Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.

Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.

Может ли магнитное поле быть однородным?

Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.

Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.

Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.

Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.

Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.

Для исследования структуры магнитного поля используют метод спектров . Мелкие железные опилки, попадая в магнитное по-ле, намагничиваются и, взаимодействуя меж-ду собой, образуют цепочки, расположение которых позволяет судить о структуре маг-нитного поля.

В качестве примера применения метода спектров рассмотрим опыт с магнитным полем прямого проводника. Через тонкую пластинку из диэлектрика пропустим длин-ный прямой проводник, включенный в элек-трическую цепь. На пластинку будем сыпать мелкие железные опилки, слегка постукивая по пластинке. Опилки соберутся вокруг про-водника в виде концентрических кругов раз-личного диаметра (рис. 6.10). При повто-рении опыта с другими проводниками при других значениях силы тока получим похо-жие картины, которые и называются маг-нитными спектрами.

Спектры можно изобразить на бумаге в виде линий магнитной индукции .

Для прямого проводника такое изобра-жение показано на рис. 6.11. В изображе-ниях магнитных спектров линии магнитной индукции показывают направление магнит-ной индукции в каждой точке. В каждой точке линии индукции касательная совпа-дает с вектором магнитной индукции.

Линии, касательные к которым в каждой точке показывают направление магнитной ин-дукции, называются линиями магнитной ин-дукции .

Плотность линий магнитной индукции зависит от модуля магнитной индукции. Она больше там, где модуль больше, и наоборот. Направление линий магнитной индукции прямого проводника определяется по пра-вилу правого винта.

Спектры магнитных полей проводников другой формы имеют много общего.

Так, спектр магнитного поля кольца с током похож на два совмещенных спектра прямых проводников (рис. 6.12). Только плотность линий индукции в центре кольца больше (рис. 6.13).

Магнитный спектр катушки с большим количеством витков (соленоида) показан на рис. 6.14. На рисунке видно, что линии магнитной индукции такой катушки внут-ри параллельные и имеют одинаковую плотность. Это свидетельствует, что внутри длинной катушки магнитное поле однород-ное — во всех точках магнитная индукция одинакова (рис. 6.15). Линии магнитной индукции расходятся лишь за пределами катушки, где магнитное поле неоднород-ное.

Если сравнить спектры магнитных полей проводников с током различной формы, то можно заметить, что линии индукции всегда замкнутые или при дальнейшем продолже-нии могут замкнуться. Это свидетельствует об отсутствии магнитных зарядов. Такое поле называют вихревым. Вихревое поле не имеет потенциала. Материал с сайта

На этой странице материал по темам: