Магнитное поле и его характеристики. При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле . Магнитное поле представляет собой один из видов материи. Оно обладает энергией, которая проявляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на отдельные движущиеся электрические заряды (электроны и ионы) и на их потоки, т. е. электрический ток. Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направлении, перпендикулярном полю (рис. 34). Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды. Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле . Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изменение магнитного поля сопровождается возникновением электрического поля. Электромагнитное поле распространяется со скоростью света, т. е. 300 000 км/с.

Графическое изображение магнитного поля. Графически магнитное поле изображают магнитными силовыми линиями, которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля; магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми. Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено при помощи магнитной стрелки. Северный полюс стрелки всегда устанавливается в направлении действия сил поля. Конец постоянного магнита, из которого выходят силовые линии (рис. 35, а), принято считать северным полюсом, а противоположный конец, в который входят силовые линии,- южным полюсом (силовые линии, проходящие внутри магнита, не показаны). Распределение силовых линий между полюсами плоского магнита можно обнаружить при помощи стальных опилок, насыпанных на лист бумаги, положенный на полюсы (рис. 35, б). Для магнитного поля в воздушном зазоре между двумя параллельно расположенными разноименными полюсами постоянного магнита характерно равномерное распределение силовых магнитных линий (рис. 36) (силовые линии, проходящие внутри магнита, не показаны).

Рис. 37. Магнитный поток, пронизывающий катушку при перпендикулярном (а) и наклонном (б) ее положениях по отношению к направлению магнитных силовых линий.

Для более наглядного изображения магнитного поля силовые линии располагают реже или гуще. В тех местах, где магнитное роле сильнее, силовые линии располагают ближе друг к другу, там же, где оно слабее,- дальше друг от друга. Силовые линии нигде не пересекаются.

Во многих случаях удобно рассматривать магнитные силовые линии как некоторые упругие растянутые нити, которые стремятся сократиться, а также взаимно отталкиваются друг от друга (имеют взаимный боковой распор). Такое механическое представление о силовых линиях позволяет наглядно объяснить возникновение электромагнитных сил при взаимодействии магнитного поля и Проводника с током, а также двух магнитных полей.

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток, магнитная проницаемость и напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция и магнитный поток. Интенсивность магнитного поля, т. е.способность его производить работу, определяется величиной, называемой магнитной индукцией. Чем сильнее магнитноe поле, созданное постоянным магнитом или электромагнитом, тем большую индукцию оно имеет. Магнитную индукцию В можно характеризовать плотностью силовых магнитных линий, т. е. числом силовых линий, проходящих через площадь 1 м 2 или 1 см 2 , расположенную перпендикулярно магнитному полю. Различают однородные и неоднородные магнитные поля. В однородном магнитном поле магнитная индукция в каждой точке поля имеет одинаковое значение и направление. Однородным может считаться поле в воздушном зазоре между разноименными полюсами магнита или электромагнита (см.рис.36) при некотором удалении от его краев. Магнитный поток Ф, проходящий через какую-либо поверхность, определяется общим числом магнитных силовых линий, пронизывающих эту поверхность, например катушку 1 (рис. 37, а), следовательно, в однородном магнитном поле

Ф = BS (40)

где S - площадь поперечного сечения поверхности, через которую проходят магнитные силовые линии. Отсюда следует, что в таком поле магнитная индукция равна потоку, поделенному на площадь S поперечного сечения:

B = Ф /S (41)

Если какая-либо поверхность расположена наклонно по отношению к направлению магнитных силовых линий (рис. 37, б), то пронизывающий ее поток будет меньше, чем при перпендикулярном ее положении, т. е. Ф 2 будет меньше Ф 1 .

В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (Вб), эта единица имеет размерность В*с (вольт-секунда). Магнитная индукция в системе единиц СИ измеряется в теслах (Тл); 1 Тл = 1 Вб/м 2 .

Магнитная проницаемость. Магнитная индукция зависит не только от силы тока, проходящего по прямолинейному проводнику или катушке, но и от свойств среды, в которой создается магнитное поле. Величиной, характеризующей магнитные свойства среды, служит абсолютная магнитная проницаемость? а. Единицей ее измерения является генри на метр (1 Гн/м = 1 Ом*с/м).
В среде с большей магнитной проницаемостью электрический ток определенной силы создает магнитное поле с большей индукцией. Установлено, что магнитная проницаемость воздуха и всех веществ, за исключением ферромагнитных материалов (см. § 18), имеет примерно то же значение, – что и магнитная проницаемость вакуума. Абсолютную магнитную проницаемость вакуума называют магнитной постоянной, ? о = 4?*10 -7 Гн/м. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов в тысячи и даже десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости неферромагнитных веществ. Отношение магнитной проницаемости? а какого-либо вещества к магнитной проницаемости вакуума? о называют относительной магнитной проницаемостью:

? = ? а /? о (42)

Напряженность магнитного поля. Напряженность И не зависит от магнитных свойств среды, но учитывает влияние силы тока и формы проводников на интенсивность магнитного поля в данной точке пространства. Магнитная индукция и напряженность связаны отношением

H = B/? а = B/(?? о) (43)

Следовательно, в среде с неизменной магнитной проницаемостью индукция магнитного поля пропорциональна его напряженности.
Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м) или амперах на сантиметр (А/см).

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-1.jpg" alt="> Магнитное поле и его графическое изображение Неоднородное и однородное"> Магнитное поле и его графическое изображение Неоднородное и однородное магнитное поле Правило буравчика Правило правой руки Правило левой руки

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-2.jpg" alt=">Магнитное поле и его графическое изображение Для наглядного представления "> Магнитное поле и его графическое изображение Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями. Магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. На рисунке показано магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная). По картине магнитных линий можно судить не только о направлении, но и о величине магнитного поля.

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-3.jpg" alt=">Неоднородное и однородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита"> Неоднородное и однородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению. Такое поле называют неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Для изображения магнитного поля пользуются следующим приемом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и наплавлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками, а если из-за чертежа к нам – то точками.

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-4.jpg" alt=">Правило буравчика Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с"> Правило буравчика Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике. Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называется правилом буравчика. Правило буравчика заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока. С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направлений линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это поле.

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-5.jpg" alt=">Правило правой руки Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее"> Правило правой руки Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют правилом правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида. Соленоид, как и магнит, имеет полосы: тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, называется северным полюсом, а тот, в который входят, - южным. Зная направления тока в соленоиде, по правилу правой руки можно определить направление магнитных линий внутри него, а значит, и его магнитные полюсы и наоборот. Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре одиночного витка с током.

Src="http://present5.com/presentation/3/46060323_437197076.pdf-img/46060323_437197076.pdf-6.jpg" alt=">Правило правой руки для проводника с током Если правую руку "> Правило правой руки для проводника с током Если правую руку расположить так, чтобы большой палец был направлен по току, то остальные четыре пальца покажут направление линии магнитной индукции

Графическое изображение магнитного поля. Поток вектора магнитной индукции

Магнитное поле можно изобразить графически при помощи линий магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют линию, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 6).

Исследования показали, что линии магнитной индукции являются замкнутыми линиями, охватывающими токи. Густота линий магнитной индукции пропорциональна величине вектора в данном месте поля. В случае магнитного поля прямого тока линии магнитной индукции имеют форму концентрических окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных току, с центром на прямой с током. Направление линий магнитной индукции независимо от формы тока можно определить по правилу буравчика. В случае магнитного поля прямого тока буравчик необходимо вращать таким образом, чтобы его поступательное движение совпало с направлением тока в проводе, тогда вращательное движение ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитной индукции (рис. 7).

На рис. 8 и 9 изображены картины линий магнитной индукции поля кругового тока и поля соленоида. Соленоид представляет собой совокупность круговых токов с общей осью.

Линии вектора индукции внутри соленоида параллельны друг другу, густота линий одинакова, поле однородно ( = const). Поле соленоида аналогично полю постоянного магнита. Конец соленоида, из которого выходят линии индукции аналогичен северному полюсу – N, противоположный конец соленоида аналогичен южному полюсу – S.

Число линий магнитной индукции, пронизывающих определенную поверхность, называют магнитным потоком через эту поверхность. Обозначают магнитный поток буквой Ф в (или Ф).

,

(3)

Где α – угол, образуемый вектором и нормалью к поверхности (рис. 10).

– проекция вектора на нормаль к площадке S.

Измеряется магнитный поток в веберах (Вб): [Ф]=[B]× [S]=Тл× м 2 = =

Магнитное поле порождается электрическим током. Магнитное поле порождается электрическим током. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В металле ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу. В растворе электролита ток создается положительно и отрицательно заряженными ионами, движущиеся навстречу друг другу.

Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитах элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями. Магнитные линии это воображаем линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитные линии всегда замкнуты

Магнитные линии выходят из северного по люса магнита и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному. Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у с полюсов. Значит, возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает.

Неоднородное и однородное магнитное поле Неоднородное магнитное поле Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по на­ правлению. Магнитные линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке. Однородное магнитное поле В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т. е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению. Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Направление тока и направление линий его магнитного поля Правило буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока

«Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля»

Цель урока: обеспечение условия для получения учащимися знаний о магнитном поле c пособ ахего графического изображения

Задачи:

образовательные:

выявить существование магнитного поля в процессе решения поставленной ситуации;

дать определение магнитного поля;

исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;

исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов;

выяснить свойства магнитного поля;

познакомиться с изображением магнитного поля через силовые линии.

развивающие: развитие логического мышления; умения анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;

воспитательные: формировать навыки работы в группах;

формировать ответственность в выполнении учебной задачи.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: магниты (полосовые, дугообразные) по количеству учащихся, железные опилки, белый лист.

Ход урока

1) Организационный этап. Девизом нашего урока станут слова Р.Декарта: «…Для того, чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать».

2) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Ситуация. Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.

Любящий камень» - такое поэтическое название дали китайцы этому камню. Любящий камень (тшу-ши), говорят китайцы, притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей.

Учитель. О каком камне идёт речь в предании? (О магните.)

Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами.

Учитель. У вас на партах лежат магниты Я предлагаю взять магниты и поднести их друг к другу, не касаясь. Что вы наблюдаете? Как объясняете? Почему происходит взаимодействие магнитов? Выходит между магнитами есть нечто такое, что мы не видим и не можем потрогать руками. Тогда это называют особой формой материи – полем. Магнитным полем. Выясняем тему урока и ставим цель урока – изучение магнитного поля. Не просто понятия магнитного поля, а его свойств.

3 ) Первичное усвоение новых знаний.

Итак записываем тему в тетради. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитные поля. Цель нашего урока: выявление основных свойств магнитного поля и способов его изображения

Итак немного о магнитах (сайт ИНФОУРОК, Магнитное поле)

(просматривая фильм записываем определения, свойства поля, делаем зарисовки)

Магнитное поле – особая форма материи(силовое поле), которое образуется вокруг движущихся заряженых частиц)

1.Магнитное поле порождается только движущимися зарядами.

2. Магнитное поле невидимо, но материально. Обнаружить его можно только по тому действию, которое оно оказывает.

3. Магнитное поле можно обнаружить по его действую на магнитную стрелку и на другие движущиеся тела.

Изобразить магнитное поле можно с помощью магнитных линий.

Магнитные линии - это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Их мы можем увидеть, проделав опыт с железными опилками.

Опыт: На белый лист, под которым находится магнит, медленно сыпем железные опилки. Опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля.

Обратите внимание, что в тех областях, где магнитное поле более сильное – на полюсах, магнитные линии располагаются ближе друг к другу, т.е. гуще. Чем в тех местах, где поле слабее.

Особенности магнитных линий (записать)

1. Магнитные линии можно провести через любую точку пространства.

2. Они замкнуты и не пересекаются.Средняя линия идет бесконечно.

3.Магнитная линия проводится так, чтобы касательная в каждой точке линии совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

4. За направление магнитной линии принято направление северного полюса стрелок компаса, расположенных вдоль этой линии.

5. Более сильное магнитное поле изображается большей концентрацией.

Рассмотрим силовые линии катушки с током. С понятием соленоид мы знакомы с 8 класса.

Соленоид - это катушка в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток (показать)

Правило стрелы (изобразить в тетрадь)

Однородное поле(изобразить в тетрадь)

Неоднородное поле(изобразить в тетрадь)

4 ) Первичная проверка понимания заполнить таблицы

	Результат – графическое изображение линий магнитного поля
Полосовой магнит
Дугообразный магнит

	Неоднородное магнитное поле	Однородное магнитное поле
Расположение линий	Искривлены, их густота различна	Параллельны, их густота одинакова
Густота линий	неодинакова	Одинакова
	неодинакова	одинакова

5 ) Первичное закрепление . Самостоятельная работа с взаимопроверкой.

1. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током объясняется тем, что на нее действует …

А. …магнитное поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.

Б. …электрическое поле, созданное зарядами проводника.

В. … электрическое поле, созданное движущимися в проводнике зарядами.

2. Магнитные поля создаются…

А. …как неподвижными, так и движущимися электрическими зарядами.

Б. …неподвижными электрическими зарядами.

В. …движущимися электрическими зарядами.

3. Линии магнитного поля – это …

А. … линии, совпадающие с формой магнита.

Б. ... линии, по которым движется положительный заряд, попадая в магнитное поле.

В. …воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

4. Линии магнитного поля в пространстве вне постоянного магнита …

А. …начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.

Б. … начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном.

В. … начинаются на полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.

Г. …начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на северном.

5. Конфигурации линий магнитного поля соленоида сходны с картиной силовых линий …

А. …полосового магнита.

Б. …подковообразного магнита.

В. …прямого провода с током.

Проверка по эталону и самооценивание:

3 правильных ответов – оценка 3,

4 правильных ответов – оценка 4,

5 правильных ответов – оценка 5.

6) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

7) Ре флексия (подведение итогов занятия)

Выберите начало фразы и продолжите предложение.

сегодня я узнал…

было интересно…

было трудно…

я выполнял задания…

я понял, что…

теперь я могу…

я почувствовал, что…

я приобрел…

я научился…

у меня получилось …

• я попробую…

  меня удивило…

  урок дал мне для жизни…