Реферат "Магнитное поле" Физика 10 класс

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

 «Закаменский агропромышленный техникум»

РЕФЕРАТ

«Магнитное поле»

                                                                Выполнил: Туртуев Ринчин,

                                                               студент гр. «МСХП» 1 курс

                                                                 Проверил: Ламажапова А.Ш..

г. Закаменск

2019г.

Содержание

Введение

1. Магнитное поле

2. Сила Ампера

3. Сила Лоренца

Вывод

Список литературы

\

Введение

   Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы – тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - гигантский голубой магнит. Солнце – жёлтый плазменный шар – магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов – всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

«Любящий камень» … Такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. «Любящий камень» (тшу-ши), - говорят китайцы, - притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей. Замечательно, что у французов – народа, живущего на противоположном конце Старого Света, мы встречаем сходное название для магнита: французское слово  «aimant» означает и «магнит», и «любящий».

Сила этой «любви» у естественных магнитов незначительна, и поэтому очень наивно звучит греческое название магнита, - «геркулесов камень». Если обитатели древней Эллады так поражались умеренной силой притяжения естественного магнита, то что сказали бы они, увидев на современном металлургическом заводе магниты, поднимающие глыбы в целые тонны весом! Правда, это не естественные магниты, а «электромагниты», т.е. железные массы, намагниченные электрическим током, проходящим по окружающей их обмотке. Но в обоих случаях действует сила одной и той же природы – магнетизм.

Вещества, притягивающие железо, были известны человечеству более 2000лет назад. Они получили название магнитов. Постоянный магнит в форме тонкой полоски, расположенный на плавающей в воде деревянной дощечке, поворачивается одним

Концом  в направлении Северного полюса Земли, а другим – в направлении Южного. Поэтому концы магнита так и называются северным и южным полюсами. Это наблюдение привело к созданию компаса. Первые компасы появились в Китае. В Европе компасом стали пользоваться с XII в. В 1600г. английский физик У. Гильберт опубликовал большой труд «О магните», в котором описал множество проведенных за 18 лет опытов Он первым пришел к заключению, что Земля сама является большим магнитом. Казалось, что магнетизм и электричество – две разные области, не имеющие между собой ничего общего. Дальнейшее развитие научных знаний показало тесную связь электрических и магнитных явлений, а созданная Максвеллом теория позволила единым образом описать все электромагнитные явления.

После изобретения в 1800 г. источника постоянного тока возможности экспериментаторов значительно расширились. Первое фундаментальное открытие было сделано в 1820г. датским физиком Г.Х. Эрстедом (1777-1851).Убежденный в том, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны, он хотел выяснить, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит. В феврале 1820г. Эрстед показывал студентам тепловое действие тока. Рядом с проводником случайно оказался компас. При включении тока стрелка отклонилась от первоначального положения. В этом эффекте Эрстед увидел подтверждение своих идей. Описание опыта вышло в свет 21 июля 1820г. Этот простой опыт произвел сильное впечатление на современников и положил начало новой области физики – электродинамике.

Дальнейшие исследования развивались стремительно. 11 сентября 1820г. опыт был показан на заседании Французской академии наук. Академики спокойно разошлись, и только один из них – А.М. Ампер – поспешил заказывать приборы для проведения новых опытов. Он был уверен, что они должны были подтвердить его догадки, сводящие магнетизм к чисто электрическим явлениям. Все считали, что ток, проходя по проводник, превращает его в магнит, который и заставляет отклоняться стрелку компаса. Ампер высказал гениальную мысль: магнит представляет совокупность токов, движущихся по замкнутым контурам; отклонение стрелки вызвано взаимодействием токов. 25 сентября он демонстрирует новый эффект: два незаряженных параллельных провода, по которым текут одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. На каждый из проводников действует сила, зависящая от величины силы тока и расстояния между проводами. При перемене направления одного из токов силы притяжения сменяются силами отталкивания. В новой серии опытов спирали, по которым пропускали ток, вели себя подобно магнитам.

Новую область знаний о явлениях, обусловленных протеканием токов, Ампер назвал электродинамикой. Открытие явлений электромагнетизма оказало влияние не только на развитие науки, но и техники. В том же году  Д. Арго изобрел электромагнит. В 1821г. Фарадею удалось осуществить вращение проводника с током в магнитном поле. Это был первый электродвигатель. Ампер предложил использовать отклонение электромагнитной стрелки для передачи сигналов в электромагнитном телеграфе.

Исследования природы подобных явлений проводились и в нашей стране. Так, например, исследования, проведенные русским физиком А.А. Эйхенвальдом в 1901г., показали, что если заряженное тело покоится относительно наблюдателя, то вокруг этого тела существует электрическое поле. Если же оно движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, расположенному по магнитному меридиану а направлении к север-юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится. Если поместить стрелку над проводником, то стрелка отклонится в другую сторону.

Согласно теории близкодействия , взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется посредством электрического поля. Проводники с током электрически нейтральны. Но, пропустив по двум параллельным проводникам ток, мы увидим, что проводники по которым токи текут в одном направлении, притягиваются, а проводники, по которым токи текут в противоположных направлениях, отталкиваются.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами. Причиной возникновения сил магнитного взаимодействия является магнитное поле, которое появляется вокруг проводника с током.

1. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Термин «магнитное поле»  в 1845г. ввел М. Фарадей.

Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электрического полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.

Характерной отличительной особенностью электрического поля является способность действовать на неподвижные заряды.

Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток).

Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только движущиеся заряды (электрический ток) и постоянные магниты создают магнитное поле.

При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено:

постоянные магниты имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

Это наводило на мысль о существовании «магнитных зарядов» в природе. Если бы магнитные заряды существовали в природе, то их можно было бы разделить подобно электрическим, т.е. получить постоянный магнит только с одним полюсом. Однако если разделить магнит на две половины, то каждая часть снова будет иметь два полюса. Процесс деления можно продолжать сколько угодно, и каждый полученный маленький кусочек магнита будет представлять собой магнит с двумя полюсами. Позднее было доказано, что даже электроны, протоны, нейтроны ведут себя подобно крошечным магнитам.

Если отдельные тела можно зарядить положительно или отрицательно, так как существует элементарный электрический заряд, то никогда нельзя отделить северный полюс магнита от южного. Таким образом, нет оснований считать, что в природе существуют отдельные магнитные заряды.

Эта мысль была высказана Ампером в гипотезе об элементарных электрических токах. Согласно гипотезе Ампера, внутри атомов и молекул вещества циркулируют элементарные электрические токи. Если эти токи расположены хаотически по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется и никакими магнитными свойствами тело не обладает. В намагниченном состоянии (например, в постоянных магнитах) элементарные токи ориентированы определенным образом. Следовательно, магнитные свойства любого тела объясняются замкнутыми электрическими токами внутри него, т.е. магнитное взаимодействие – это взаимодействие токов.

Результаты опытов Ампера и последующих многочисленных исследований можно сформулировать следующим образом. Способность магнитного поля вызывать появление механической силы, действующей на какой-либо элемент тока, можно количественно описать, задавая в каждой точке поля некоторый вектор В. Вектор В называется магнитной индукцией и является основной характеристикой магнитного поля.

2.Сила Ампера. На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная

F = I·L·B·sin(a), (1)

где I - сила тока в проводнике;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
L - длина проводника, находящегося в магнитном поле;
a - угол между вектором магнитного поля и проводником.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Рис. 1.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (см. рис.1):

	четыре пальца по току;
	перпендикулярная проводнику составляющая вектора индукции В входит в ладонь;
	отогнутый большой палец дает направление F.

      Подобно тому, как электрические поля графически изображаются с помощью электрических силовых линий, магнитные поля изображаются с помощью линий магнитной индукции (или магнитных силовых линий).

Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором В в этой точке. Линии магнитной индукции можно сделать «видимыми» с помощью железных опилок. Если на стеклянную пластинку, через которую пропущен прямой проводник с током, насыпать железных опилок и слегка постучать по пластинке, то железные опилки расположатся вдоль силовых линий.

Из опытов следует, что линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току. Центр этих окружностей находится на оси проводника. С помощью железных опилок можно получить изображение линий магнитной индукции проводников с током любой формы. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности электростатического поля. Такие поля называют вихревыми в отличие от потенциальных, примером которых является электростатическое поле.

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет м направлением линий магнитной индукции).

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820г. А. Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле. Так как создать обособленный элемент нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы. Им было установлено, что на проводник с током помещенный в однородное магнитное поле индукции В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника L,силе тока I, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля В. Впоследствии этот вывод получил название закона Ампера. Используя закон Ампера, можно вычислить силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.

Движущиеся электрические заряды создают вокруг себя магнитные поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света с. Если же заряд движется во внешнем магнитном поле, то происходит силовое взаимодействие магнитных полей, определяемое по закону Ампера. Процесс взаимодействия магнитных полей исследовался Лоренцем, который вывел формулу для расчета силы действующей со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Данная сила получила название силы Лоренца.

3. Сила Лоренца. Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Из закона Ампера (1) следует, что сила Лоренца определяется соотношением:

F_л = q·V·B·sin(

где q - величина движущегося заряда;
V - модуль его скорости;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
 - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Рис. 2.

Направление вектора F_л определяется по правилу левой руки:

	четыре пальца по направлению скорости движения положительного заряда V;
	перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входит в ладонь;
	отогнутый большой палец дает направление силы Лоренца Fл (см. рис. 2). Вывод

Таким образом, магнитное поле обладает следующими свойствами:

1)    Действует на движущиеся заряды (электрический ток) – основное свойство

2)    Непрерывное

3)    Вихревое

4)    Ослабевает при удалении от источника

5)    Существует вокруг постоянных магнитов, Земли, проводников с током

6)    Основная характеристика: магнитная индукция  

Список литература:

1.     Дмитриева В.Ф. Физика. М., 2013г.

2.     Павленко Ю.Г. Физика. Учебное пособие. М.,2010г.

3.     Перельман Я.И. Занимательная физика, кн.2. Чебоксары,2010г.

4.     Савельев И.В.. Курс общей физики, т.2. М.,2012г.

5.     Сивухин Д.В.. Общий курс физики, т.3. М., 2012г.