Каждый из вас держал в руках магнит и знает его удивительное свойство: он на расстоянии взаимодействует с другим магнитом или с куском железа. Что есть такого в магните, что придает ему эти удивительные свойства? Можно ли самому сделать магнит? Можно, и что для этого нужно - вы узнаете из нашего урока. Забежим наперед: если взять простой железный гвоздь, он не будет обладать магнитными свойствами, но, если обмотать его проволокой и подключить ее к батарейке, мы получим магнит (см. рис. 1).

Рис. 1. Гвоздь, обмотанный проволокой и подключенный к батарейке

Оказывается, чтобы получить магнит, нужен электрический ток - движение электрического заряда. С движением электрического заряда связаны и свойства постоянных магнитов, таких как магнитики на холодильнике. Некого магнитного заряда, подобно электрическому, в природе не существует. Он и не нужен, достаточно движущихся электрических зарядов.

Прежде чем исследовать магнитное поле постоянного электрического тока, нужно договориться, как количественно описывать магнитное поле. Для количественного описания магнитных явлений необходимо ввести силовую характеристику магнитного поля. Векторная величина, количественно характеризующая магнитное поле, называется магнитной индукцией. Обозначается она обычно большой латинской буквой B, измеряется в тесла.

Магнитная индукции - векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Направление магнитного поля определяется по аналогии с моделью электростатики, в которой поле характеризуется действием на пробный покоящийся заряд. Только здесь в качестве «пробного элемента» используется магнитная стрелка (продолговатый постоянный магнит). Такую стрелку вы видели в компасе. За направление магнитного поля в какой-либо точке принято направление, которое укажет северный полюс N магнитной стрелки после переориентации (см. рис. 2).

Полную и наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые силовые линии магнитного поля (см. рис. 3).

Рис. 3. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Это линии, показывающие направление вектора магнитной индукции (то есть направления полюса N магнитной стрелки) в каждой точке пространства. С помощью магнитной стрелки, таким образом, можно получить картину силовых линии различных магнитных полей. Вот, например, картина силовых линий магнитного поля постоянного магнита (см. рис. 4).

Рис. 4. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Магнитное поле существует в каждой точке, но линии мы изображаем на некотором расстоянии друг от друга. Это просто способ изображения магнитного поля, аналогично мы поступали с напряженностью электрического поля (см. рис. 5).

Рис. 5. Линии напряженности электрического поля

Чем более плотно нарисованы линии - тем больше модуль магнитной индукции в данной области пространства. Как видите (см. рис. 4), силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. Внутри магнита силовые линии поля также продолжаются. В отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, силовые линии магнитного поля замкнутые (см. рис. 6).

Рис. 6. Силовые линии магнитного поля замкнуты

Поле, силовые линии которого замкнуты, называется вихревым векторным полем. Электростатическое поле не является вихревым, оно потенциальное. Принципиальное различие вихревых и потенциальных полей в том, что работа потенциального поля на любом замкнутом пути равна нулю, для вихревого поля это не так. Земля тоже является огромным магнитом, она обладает магнитным полем, которое мы обнаруживаем с помощью стрелки компаса. Подробнее о магнитном поле Земли рассказано в ответвлении.

Теперь, познакомившись с моделью магнитного поля, исследуем поле проводника с постоянным током. Еще в XIX веке датский ученый Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником, по которому течет электрический ток (см. рис. 9).

Рис. 9. Взаимодействие магнитной стрелки с проводником

Практика показывает, что в магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке будет устанавливаться по касательной к некоторой окружности. Плоскость этой окружности перпендикулярна проводнику с током, а ее центр лежит на оси проводника (см. рис. 10).

Рис. 10. Расположение магнитной стрелки в магнитном поле прямого проводника

Если изменить направление протекания тока по проводнику, то магнитная стрелка в каждой точке развернется в противоположную сторону (см. рис. 11).

Рис. 11. При изменении направления протекания электрического тока

То есть направление магнитного поля зависит от направления протекания тока по проводнику. Описать эту зависимость можно при помощи простого экспериментально установленного метода - правила буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его ручки совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого этим проводником (см. рис. 12).

Итак, магнитное поле проводника с током направлено в каждой точке по касательной к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружности совпадает с осью проводника. Направление вектора магнитного поля в каждой точке связано с направлением тока в проводнике правилом буравчика. Опытным путем, при изменении силы тока и расстояния от проводника, установлено, что модуль вектора магнитной индукции пропорционален току и обратно пропорционален расстоянию от проводника . Модуль вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равен:

где - коэффициент пропорциональности, который нередко встречается в магнетизме. Называется магнитной проницаемостью вакуума. Численно равен:

Для магнитных полей, как и для электрических, справедлив принцип суперпозиции. Магнитные поля, создаваемые разными источниками в одной точке пространства, складываются (см. рис. 13).

Рис. 13. Магнитные поля разных источников складываются

Суммарная силовая характеристика такого поля будет векторной суммой силовых характеристик полей каждого из источников. Величину магнитной индукции поля, создаваемого током в определенной точке, можно увеличить, если согнуть проводник в окружность. Это будет понятно, если рассмотреть магнитные поля небольших сегментов такого витка провода в точке, находящейся внутри этого витка. Например, в центре.

Сегмент, обозначенный , по правилу буравчика создает в ней поле, направленное вверх (см. рис. 14).

Рис. 14. Магнитное поле сегментов

Сегмент аналогично создает в этой точке магнитное поле, направленное туда же. Аналогично и для других сегментов. Тогда суммарная силовая характеристика (то есть вектор магнитной индукции B) в этой точке будет суперпозицией силовых характеристик магнитных полей всех малых сегментов в этой и будет направлено вверх (см. рис. 15).

Рис. 15. Суммарная силовая характеристика в центре витка

Для произвольного витка, не обязательно в форме окружности, например для квадратной рамки (см. рис. 16), величина вектора внутри витка будет, естественно, зависеть от формы, размеров витка и силы тока в нем, но направление вектора магнитной индукции всегда будет определяться таким же способом (как суперпозиция полей, создаваемых малыми сегментами).

Рис. 16. Магнитное поле сегментов квадратной рамки

Мы подробно описали определение направления поля внутри витка, но в общем случае его можно находить гораздо проще, по немного измененному правилу буравчика:

если вращать рукоятку буравчика в том направлении, куда течет ток в витке, то острие буравчика укажет направление вектора магнитной индукции внутри витка (см. рис. 17).

То есть теперь вращение рукоятки соответствует направлению тока, а перемещение буравчика - направлению поля. А не наоборот, как было в случае с прямым проводником. Если длинный проводник, по которому течет ток, свернуть в пружину, то это устройство будет представлять из себя множество витков. Магнитные поля каждого витка катушки по принципу суперпозиции будут складываться. Таким образом, поле, создаваемое катушкой в некоторой точке, будет суммой полей, создаваемых каждым из витков в этой точке. Картину силовых линий поля такой катушки вы видите на рис. 18.

Рис. 18. Силовые линии катушки

Такое устройство называется катушкой, соленоидом или электромагнитом. Нетрудно заметить, что магнитные свойства катушки будут такими же, как у постоянного магнита (см. рис. 19).

Рис. 19. Магнитные свойства катушки и постоянного магнита

Одна сторона катушки (которая на рисунке сверху) играет роль северного полюса магнита, а другая сторона - южного полюса. Такое устройство широко применяется в технике, потому что им можно управлять: оно становится магнитом только при включении тока в катушке. Обратите внимание, что линии магнитного поля внутри катушки почти параллельны, их плотность велика. Поле внутри соленоида очень сильное и однородное. Поле снаружи катушки неоднородно, оно намного слабее поля внутри и направлено в противоположную сторону. Направление магнитного поля внутри катушки определяется по правилу буравчика как для поля внутри одного витка. За направление вращения рукоятки мы принимаем направление тока, который течет по катушке, а перемещение буравчика указывает направление магнитного поля внутри нее (см. рис. 20).

Рис. 20. Правило буравчика для катушки

Если поместить виток с током в магнитное поле, он будет переориентироваться, подобно магнитной стрелке. Момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

Теперь нам становится понятно, откуда берутся магнитные свойства постоянного магнита: электрон, движущийся в атоме по замкнутой траектории, подобен витку с током, и, как и виток, он обладает магнитным полем. А, как мы увидели на примере катушки, множество витков с током, упорядоченных определенным образом, обладают сильным магнитным полем.

Обозначьте полюса источника тока, питающего соленоид при указанном на рис. 24 взаимодействии. Порассуждаем: соленоид, в котором течет постоянный ток, ведет себя подобно магниту.

Рис. 24. Источник тока

По рис. 24 видно, что магнитная стрелка ориентирована южным полюсом в сторону соленоида. Одноименные полюса магнитов отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются. Отсюда следует, что левый полюс самого соленоида - северный (см. рис. 25).

Рис. 25. Левый полюс соленоида северный

Линии магнитной индукции выходят из северного полюса и входят в южный. Значит, поле внутри соленоида направлено влево (см. рис. 26).

Рис. 26. Поле внутри соленоида направлено влево

Ну а направление поля внутри соленоида определяется по правилу буравчика. Мы знаем, что поле направлено влево - значит, представим, что буравчик вкручивается в этом направлении. Тогда его рукоятка будет указывать направление тока в соленоиде - справа налево (см. рис. 27).

Направление тока определяется направлением перемещения положительного заряда. А положительный заряд перемещается от точки с большим потенциалом (положительный полюс источника) в точку с меньшим (отрицательный полюс источника). Следовательно, полюс источника, расположенный справа, - положительный, а слева - отрицательный (см. рис. 28).

Рис. 28. Определение полюсов источника

Задача 2

Рамка площадью 400 помещена в однородное магнитное поле индукцией 0,1 Тл так, что нормаль рамки перпендикулярна линиям индукции. При какой силе тока на рамку будет действовать вращающий момент 20 (см. рис. 29)?

Рис. 29. Рисунок к задаче 2

Порассуждаем: момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

В нашем случае все необходимые данные имеются. Остается выразить искомую силу тока и рассчитать ответ:

Задача решена.

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. - 2-е издание передел. - X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. - 464 с.
2. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 2010.

1. Интернет портал «Гипермаркет знаний» ()
2. Интернет портал «Единая коллекция ЦОР» ()

Домашнее задание

До сих пор мы изучали магнитные поля, создаваемые проводниками. Их магнитные поля существуют, пока в проводниках есть ток. Рассмотрим теперь магнитные поля так называемых постоянных магнитов.

Полюсы магнитов бывают двух видов: северные (N) и южные (S). Чтобы выяснить происхождение этих названий, проделаем опыт. Подвесим полосовой магнит на нити, чтобы он мог свободно поворачиваться. Когда качания магнита прекратятся, он обязательно расположится так, что один из его полюсов укажет в сторону северной части горизонта, а другой - в сторону южной.

Любые магниты обязательно взаимодействуют: их одноимённые полюсы отталкиваются, а разноимённые полюсы - притягиваются. Взгляните на рисунок. Две магнитные стрелки на остриях обязательно поворачиваются разноимёнными концами друг к другу.
Можно изготовить постоянный магнит, у которого будет несколько южных и несколько северных полюсов. Например, так можно намагнитить длинную стальную проволоку или пластину. Однако нельзя изготовить магнит только с одним полюсом.
Выясним теперь расположение силовых линий магнитных полей постоянных магнитов. Проделаем опыт. Положим на стол два полосовых магнита и накроем их стеклом с россыпью железных опилок (см. рисунки).



На рис. «г» и «е» показано расположение силовых линий поля двух одноимённых магнитных полюсов, а на рис. «д» - разноимённых полюсов. Причём они могут быть как полюсами одного и того же магнита (например, дугообразного), так и полюсами двух разных магнитов.

Наша планета тоже является постоянным магнитом. Южный магнитный полюс Земли расположен вблизи северных границ Канады, в точке с координатами 82° северной широты и 114° западной долготы. Северный магнитный полюс лежит вблизи Южного географического полюса, на краю Антарктиды, в точке с координатами 63° южной широты и 138° восточной долготы.
Приведённые координаты свидетельствуют, что магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами. Поэтому стрелка любого компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно.
Известно, что Солнце постоянно выбрасывает из себя потоки быстрых заряженных частиц: протонов, электронов и др. («солнечный ветер»). Они летят во всех направлениях, в том числе и к Земле. Магнитное поле Земли действует на эти потоки частиц, отклоняя их к магнитным полюсам планеты. Там они влетают в верхние слои атмосферы, вызывая их ионизацию и свечение. Так возникают красивейшие явления - полярные сияния.

Учитель физики

МБОУ «Полевской лицей»

д. Полевая, Курского района, Курской обл., Филатова И.В.

Урок – исследование.

Тема: «Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли».

Цели урока : образовательная – знакомство с физическими свойствами постоянных магнитов, магнитным полем Земли; продолжение формирования навыков анализа источников информации, проведения экспериментов, работы в группе; воспитательная – воспитание культуры умственного труда, навыков групповой работы; развивающая – развитие самостоятельности мышления, умения анализировать и делать выводы, логически мыслить.

Оборудование : микролаборатория: набор по магнетизму.

Ноутбук, мультимедийный проектор, презентация, магниты.

Организационный этап . Объяснение целей и задач урока.

Проверка домашнего задания:

В чём состоит опыт Эрстеда? (магнитная стрелка, располагающаяся под проводником с током поворачивается) 2) Какая связъ существует между электрическим током и магнитным полем? (магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, вокруг движущихся электрических зарядов) 3) Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? (под действием магнитного поля железные опилки располагаются по концентрическим окружностям; в магнитном поле железные опилки намагничиваются и становятся магнитными стрелочками) 4) Что называют магнитной линией магнитного поля? (линии вдоль которых устанавливаются оси магнитных стрелок). 5). Для чего вводят понятие магнитных линий прямого тока? (с помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически). 6) Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике? (поменять направление тока в проводнике) 7) Какими способами можно усилить магнитное поле катушки с током? (вставить сердечник или увеличить силу тока) 8) Что называют электромагнитом? (катушку с железным сердечником внутри).9) Для каких целей используют электромагниты? (на заводах переносят грузы, магнитный сепаратор зерна, телеграфный, телефонный аппарат, электрический звонок, электромагнитное реле)

Активизация мыслительной деятельности . Учитель. Их используют в медицине и во многих других областях человеческой деятельности. Они есть в электроприборах. У них как минимум два полюса северный и южный. Они известны с древности. «Любящий камень» - такое название дали этому предмету китайцы. Притягивает железо, как нежная мать своих детей. (Тшу –ши)

О чём идёт речь?

3. Большой энциклопедический словарь. Постоянный магнит. Изделие определённой формы (например, в виде подковы, полосы, стержня) из предварительно намагниченного материала, способного сохранять значительную магнитную индукцию после устранения намагничивающего поля. Применяется как источник постоянного магнитного поля в электротехнических, радиотехнических и электронных устройствах. Магнит – камень из Магнесии, древнего города в Малой Азии. Естественные магниты в природе – железная руда (так называемый магнитный железняк или магнетит)

«Магнит – магнитный камень, железняк, руда. Со свойством притягивать железо и, обращаясь на перевесе указывать на север и на юг, а также передавать свойство это железу» В.Даль Толковый словарь живого великорусского языка. Тт. 1-4.

Что такое постоянный магнит? Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами. Каковы свойства постоянных магнитов?

Физика наука экспериментальная

4 . Экспериментальная часть. Исследования учеников

Опыт 1.

1.Проверьте действие магнита на предметы.

2. Располагайте предметы вблизи разных частей магнита: у концов магнита и посередине от него.

Оборудование: магнит, различные тела (гвозди, скрепки, алюминиевая проволока, тетрадь, брусок из дерева).

Проверив действие магнита на различные предметы и действие магнита на предметы, располагавшиеся у концов магнита и посередине, результаты записать в тетрадь.

Расположение предмета у концов магнита

Результаты опытов.

Название предметов

Расположение предметов у середины магнита

Результаты опытов.

Опыт 2.

Оборудование: полосовой магнит, опилки, пластиковая коробка.

Ход работы:

1.Положите на магнит пластиковую коробку с железными опилками.

2.Постучите слегка по коробке с опилками.

3. Зарисуйте образовавшуюся картину в таблицу.

Опыт 3.

Оборудование: подковообразный магнит, железные опилки, бумага. Ход работы:

1.Положите поровнее на магнит плашмя пластиковую коробку с опилками

2.Осторожно постучите по коробке.

3.Зарисуйте образовавшуюся картину в таблицу.

Опыт 4.

Оборудование: и материалы: два (стержневых) полосовых магнита, железные опилки, пластиковая коробка с железными опилками.

1.Положите магниты одноимёнными полюсами друг к другу.

Сверху пластиковую коробку с опилками. Слегка постучите по коробке.

2.Зарисуйте образовавшуюся картину в таблицу.

3. Положите магниты в тележки и разверните одноимёнными полюсами друг к другу. Убедитесь что магниты отталкиваются.

Опыт 5.

Оборудование и материалы: два стержневых (полосовых) магнита, пластиковая коробка с железными опилками.

Ход работы:

Положите магниты разноимёнными полюсами.

Сверху положите пластиковую коробку с железными опилками и слегка постучите по ней.

Зарисуйте образовавшуюся картину в таблицу.

Положите магниты в тележки и приблизьте разноимёнными полюсами. Убедитесь, что магниты притягиваются. Вывод: разноименные полюсы магнитов притягиваются.

Опыт 6.

Полосовой магнит, компас, железный гвоздь.

Ход работы:

1.Поднесите магнит к компасу на расстояние нескольких сантиметров. Перемещая магнит, следите за стрелкой компаса. Что происходит со стрелкой? Вывод: отклонение стрелки зависит от расстояния до стрелки.

Поднесите железный гвоздь к компасу на расстояние нескольких сантиметров. Перемещая гвоздь, следите за стрелкой компаса. Что происходит со стрелкой.

Проведите несколько раз одним концом магнита по гвоздю, двигая его всегда в одном направлении. После этого поднесите гвоздь к компасу на несколько сантиметров, перемещая гвоздь, следите за стрелкой компаса. Что происходит со стрелкой? Объясните это явление.

Опыт 7.

1.Натрите спицу одним полюсом постоянного магнита.

2.После намагничивания спицы убедитесь, что она стала магнитом. Для этого коснитесь концом спицы железных опилок. Опилки притягиваются.

Проверьте полярность намагниченной спицы. Вы увидите, что при поднесении спицы к магнитной стрелке одним концом притягивается её южный полюс, а другим концом северный.

Вывод: при намагничивании спицы получился магнит с двумя полюсами: северным и южным.

Попытайтесь механически разломить спицу

С помощью магнитной стрелки убедитесь, что однополюсного магнита не получилось.

Вывод из опытов. Итоги исследований.

Постоянные магниты притягивают чугун, железо, сталь, некоторые сплавы, слабее никель и кобальт.

Есть места, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия их называют полюсами магнита.

Имеют не меньше двух полюсов: северный и южный.

Одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые притягиваются.

Искусственные магниты получают поместив железо, сталь, сплав никеля и кобальта в магнитное поле или натирая магнитом в одном направлением.

Магнитные свойства исчезают при температуре выше, чем температура Кюри.

6.Магнитные линии магнитного поля постоянного магнита замкнутые.линии. вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный замыкаясь внутри магнита, также как магнитные линии катушки с током.

7.Причина магнитного поля постоянных магнитов с точки зрения Ампера: круговой ток, циркулирующий внутри частицы вещества (гипотеза Ампера). Вещества, которые значительно усиливают магнитное поле, называют ферромагнетиками. Кроме железа к ферромагнетикам относятся никель, кобальт, сплавы – электротехнические стали. Пермаллой, пермендюр, альнико, инвар и другие. Ферромагнетизм объясняется качественно магнитными свойствами электронов. Каждый электрон в атоме обладает собственным (спиновым) магнитным полем. У ферромагнетиков возникают условия для параллельной ориентации, вектора магнитной индукции спиновых магнитных полей части электронов и их сложения. В результате возникают области самопроизвольного намагничивания домены. Каждый домен представляет собой маленький магнит. Домены можно наблюдать в микроскоп. С этой целью на полированную поверхность ферромагнетика наносят каплю масла, в которой взвешены мельчайшие частицы ферромагнитного порошка. Эти частицы концентрируются у границ доменов. Размеры доменов порядка 0.1 -1.01 мм. При вынесении ферромагнитного образца из внешнего магнитного поля значительная часть доменов сохраняет упорядоченную ориентацию. Магнитно – твёрдый образец становится постоянным магнитом. Для изготовления постоянных магнитов используются специальные стали, сплавы железа с алюминием, никелем и кобальтом, оксидом железа и некоторых других металлов.

Актуальность изучаемой темы. Применение магнитов : магнитные сепараторы, электроизмерительные приборы, электротехнические, радиотехнические и электронные устройства, магнитные носители информации жёсткие диски, дискеты, кредитные банковские карты, телевизоры, громкоговорители, микрофоны, магнитно – резонансный томограф.

Изучение нового материала. Магнитное поле Земли

Какой вывод можно сделать из наблюдений за магнитной стрелкой, которая всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении.

Вывод: вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. Опыт показывает, что около 75 градусов северной широты и 99 градусов западной долготы магнитные линии становятся вертикальными, входя в Землю. Здесь в настоящее находится Южный магнитный полюс Земли. Он удалён от северного географического на 2100 км.

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66.5 градусах южной широты и 140 градусах восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли выходят из Земли. Магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами. В связи с этим магнитная стрелка лишь приблизительно показывает на север.

Вертикальная плоскость, в которой устанавливается продольная ось магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана данной точки земной поверхности, а прямую, по которой эта плоскость пересекается с горизонтальной плоскостью, называют магнитным меридианом. Угол между направлением магнитного и географического меридианов называют магнитным склонением, магнитное склонение называют западным или восточным в зависимости от того, к западу или к востоку от плоскости географического меридиана отклоняется северный полюс магнитной стрелки. Шкала измерения склонения - от 0 до 180 градусов. Часто восточное склонение отмечают знаком «плюс», а западное знаком « минус». Линии земного магнитного поля не параллельны поверхности Земли. Магнитная индукция поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некоторый угол. Этот угол называется магнитным наклонением. Представление о положении магнитной стрелки можно получить с помощью карданова подвеса. Три величины: склонение, наклонение и числовое значение магнитной составляющей полностью характеризует магнитное поле.

Магнитные бури - кратковременные изменения магнитного поля Земли. Появление магнитных бурь связано с солнечной активностью. В период солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц. Магнитное поле, образуемое движущимися заряженными частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю. Магнитные аномалии: области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклоняется от направления магнитной линии Земли. Различают магнитные аномалии континентальные, (площадью 10 – 100 тысяч квадратных километров, например, Восточно – Сибирская), региональные.1-10 тысяч квадратных километров), локальные аномалии, причиной таких аномалий являются огромные залежи железной руды на сравнительно небольшой глубине. Примерами локальных аномалий является Курская, Криворожская.

Причина земного магнетизма не изучена до конца. Установлено только, что большую роль в создании магнитного поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие в атмосфере (особенно в верхних её слоях) и в земной коре. Ядро Земли является жидким, в нём могут циркулировать круговые токи. В 1958 году искусственные спутники Земли ССР и США обнаружили 2 радиационных пояса в экваториальной плоскости Земли. Радиационные пояса представляют потоки заряженных частиц – электронов и протонов – кольцевой ток.

7. Закрепление:

1.Можно ли разделить магнит на 2 части, каждую только с одним полюсом?

2.Как получить картину магнитного поля?

3.Как по картине магнитного поля можно судить о его воздействии на магнитную стрелку?

4. Где расположены северный и южный магнитные полюсы Земли?

5. Что такое магнитные аномалии? В чём их причина?

6 Что такое магнитные бури?

Задачи.

128.1 Давно известно, что железные оконные решётки с течением времени намагничиваются. Объясните это явление. Какой вывод можно сделать из него относительно направления магнитной индукции земного магнитного поля?

Ответ: намагничивание вертикальных предметов в магнитном поле Земли доказывает, что магнитная индукция этого поля имеет вертикальную составляющую, т. е. не лежит в горизонтальной плоскости. Внизу будет находиться северный полюс, вверху – южный (в северном полушарии).

128.2 Если бить молотком по железной полосе, расположенной с севера на юг, то полоса намагнитится. Как будут расположены полюсы на намагнитившейся таким образом полосе?

Ответ: На конце полосы обращённой к северу. Возникнет северный полюс на другом конце южный полюс.

128.3 Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли было использовано для устройства магнитных мин, которые устанавливаются на некоторой глубине под поверхностью воды. Мина всплывает и взрывается, когда намагниченный железный корабль проходит вблизи. Магнитная стрелка механизма мины поворачивается под действием магнитного поля корабля. Для борьбы с магнитными минами применяют два способа: магнитное траление этих мин и нейтрализацию магнитного поля корабля. Первый способ заключается в том, что самолёт, летящий низко над поверхностью моря проносит над этим участком подвешенный к нему на тросах сильный магнит. Иногда вместо этого на поверхность воды опускают на поплавках кабель в виде кольца и пропускают по этому кольцу ток. Под влиянием поля магнита или тока все мины приходят в действие и взрываются, не причиняя вреда.

Второй способ заключается в том, что на корабле укрепляют петли из изолированного провода и по ним пропускают токи с таким расчётом, чтобы магнитное поле этих токов было равно и противоположно полю корабля (постоянного магнита). Оба поля, складываясь, уничтожают друг друга, и корабль свободно проходит над магнитной миной, не приводя в действие её механизма. Как должен быть направлен ток в петле, если она расположена горизонтально: по часовой стрелке или против, если смотреть сверху? Имеет ли направление тока значение при первом способе?

Ответ: Корабль намагничивается так, что внизу будет северный полюс, а вверху - южный. Так как магнитное поле тока должно компенсировать магнитное поле корабля, то оно должно иметь противоположное направление т. е. наверху должен находиться северный полюс. Ток в петле, если смотреть сверху, должен иметь направление противоположное направлению движения часовой стрелки. Направление тока в первом случае, при магнитном тралении мин, не имеет значения.

8.Историческая страница.

Компас. В 3 веке китайский философ Хень Фей Цзы описал устройство компаса. Он имел вид ложки из магнетита с тонким черенком. Ложка устанавливалась на медной пластине и могла легко вращаться. Черенок указывал на юг. В 11 веке в Китае появилась стрелка компаса в виде рыбки, которая находилась в воде. Голова рыбки указывала на юг. В 12 веке компас заимствовали арабы. В 13 веке плавающая игла стала известна европейцам. В 14 веке магнитную стрелку стали помещать в середину круга из бумаги. Усовершенствовал компас итальянец Флавио Джой.

Применение магнитов. В 1934 году немецкий инженер Кемпер предложил создание магнитной подвески. Принцип действия основан на отталкивании одноимённых полюсов магнита. Путь и днище поезда выкладываются постоянными магнитами с соответствующей ориентацией полюсов. Тягу будет создавать линейный электродвигатель, который имеет статор и ротор в виде полос.

История магнитного поля Земли. Придворный врач королевы Елизаветы Уильям Гильберт (16 век). Увлёкшийся магнетизмом, изготовил шарообразный магнит, исследовал его свойства с помощью магнитной стрелки и пришёл к выводу, что земной шар – огромный космический магнит. Современные геофизики знают, каким было магнитное поле Земли тысячи и даже миллионы лет назад – у горных пород, содержащих железо, появившихся в результате извержения вулкана остывшая лава намагнитилась в поле Земли. Потом магнитное поле изменилось, а затвердевшая лава сохранила намагниченность. Измеряя намагниченность, геофизики обнаружили, что магнитные полюсы Земли много раз менялись местами. За последний миллион лет это случалось 7 раз.

Задача. В 1963 году геофизики Фред Вайн и Драммонд Мэтьюс, изучая магнитное поле морского дна, обнаружили, что с удалением от Серединно – Атлантического хребта по обе его стороны выделялись полосы с прямой и обратной намагниченностью пород. Объясните феномен. (Ответ: Чем дальше от хребта, тем старше донные породы. Они образуются при остывании изливающейся из него магмы. При этом частицы железа ориентируются, как стрелки компаса вдоль магнитного поля Земли. Следовательно, на протяжении земной истории полярность неоднократно менялась.

Геркон. Это герметизированный контакт. Прибор представляет собой переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала (пермаллоевой проволоки), помещённый в герметизированный стеклянный баллон, наполненный инертным газом. Контакты срабатывают под действием магнитного поля, находящегося снаружи. Контактирующие поверхности обеспечивают надёжное электрическое соединение при соприкосновении. Достоинством геркона являются малогабаритность, простота устройства, высокая надёжность, дешевизна. Благодаря этому прибор применяют в реле, устройствах сигнализации и управления, приборах вычислительной техники и различных реле, телефонных и телеграфных аппаратах. Контакты геркона срабатывают только при такой его ориентации в магнитном поле, когда он расположен вдоль линий магнитной индукции. Конец электрода, в который входят магнитные линии, становится южным полюсом, а из которого выходят -северным. Следовательно, концы пермаллоевых проволок, обращённых друг к другу намагничиваются разноимённо и притягиваются.

Выполнение тестовых заданий . Вариант 1.г2.б.3.в4.б 5.а.6. б.

Вариант 2. 1.а. 2.г. 3.а.4.а. 5. б. 6.г.

9.Подведение итогов урока.

Что нового узнали на уроке. Выставление оценок.

10. Инструктаж по выполнению домашнего задания.

§ 60. 61 стр173. Пёрышкин А.В. Упражнения № 42, 43.

В данной статье приведены результаты исследований векторных и скалярных магнитных полей постоянных магнитов и определение их распространения.

постоянный магнит

электромагнит

векторное магнитное поле

скалярное магнитное поле.

2. Борисенко А.И., Тарапов И.Е. Векторный анализ и начала тензорного исчисления. – М.: Высшая школа, 1966.

3. Кумпяк Д.Е. Векторный и тензорный анализ: учебное пособие. – Тверь: Тверской государственный университет, 2007. – 158 с.

4. Мак-Коннел А.Дж. Введение в тензорный анализ с приложениями к геометрии, механике и физике. – М.: Физматлит, 1963. – 411 с.

5. Борисенко А.И., Тарапов И.Е. Векторный анализ и начала тензорного исчисления. – 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1966.

Постоянные магниты. Постоянное магнитное поле.

Магнит - это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса (рис. 1).

Рис. 1. Магнит и силовые линии магнитного поля

Постоянный магнит - изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля (рис. 2).

Электромагнит - устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки иферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Рис. 2. Постоянный магнит

В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

Постоянные магниты, изготовленные из магнетита, применялись в медицине с древнейших времен. Царица Египта Клеопатра носила магнитный амулет.

В древнем Китае в «Императорской книге по внутренней медицине» затрагивался вопрос применения магнитных камней для коррекции в теле энергии Ци - «живой силы».

В первые теорию магнетизма разработал французский физик Андре Мари Ампер. Согласно его теории намагниченность железа объясняется существованием электрических токов, которые циркулируют внутри вещества. Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседание Парижской академии Наук осенью 1820 года. Понятие “магнитное поле” в физику ввел английский физик Майкл Фарадей. Магниты взаимодействуют посредством магнитного поля, он же ввел понятие магнитных силовых линий.

Векторное магнитное поле

Векторное поле - это отображение, которое каждой точке рассматриваемого пространства ставит в соответствие вектор с началом в этой точке. Например, вектор скорости ветра в данный момент времени изменяется от точки к точке и может быть описан векторным полем (рис. 3).

Скалярное магнитное поле

Если каждой точке М заданной области пространства (чаще всего размерности 2 или 3) поставлено в соответствие некоторое (обычно - действительное) число u, то говорят, что в этой области задано скалярное поле. Другими словами, скалярное поле - это функция, отображающая Rn в R (скалярная функция точки пространства).

Геннадий Васильевич Николаев по простому рассказывает, показывает и на простых опытах доказывает существование второго типа магнитного поля, которое наука по странной причине не нашла. Со времен Ампера еще было предположение, что оно существует. Открытое Николаевым поле он назвал скалярным, но его еще частенько называют его именем. Николаев привел электромагнитные волны к полной аналогии с обычными механическими волнами. Сейчас физика рассматривает электромагнитные волны, как исключительно поперечные, но Николаев уверен и доказывает, что они так же и продольные или скалярные и это логично, как может вперед распространяться волна, не имея прямого давления, это просто абсурдно. По мнению ученого, наукой продольное поле было скрыто специально, возможно в процессе редактирование теорий и учебников. Сделано это с простым умыслом и согласовано с другими урезаниями.

Рис. 3. Векторное магнитное поле

Первое урезание, которое сделали это отсутствие эфира. Почему?! Потому, что эфир это энергия, или среда, которая находится под давлением. И это давление, если правильно организовать процесс можно использовать как бесплатный источник энергии!!! Второе урезание это убрали продольную волну, это как следствие, что если эфир это источник давления, то есть энергии, то если в нем складывать только поперечные волны, то никакой свободной или бесплатной энергии получить нельзя, нужна обязательно продольная волна.

Тогда встречное наложение волн дает возможность откачивание давления эфира. Часто эту технологию называют нулевой точкой, что в общем правильно. Именно на границе соединения плюса и минуса (повышенного и пониженного давления), при встречном движении волн можно получить так называемую зону Блоха или по простому провал среды (эфира), куда будет привлечена дополнительная энергия среды.

Работа представляет собой попытку практического повторения некоторых опытов описанных в книге Г.В.Николаева “Современная электродинамика и причины ее парадоксальности” и воспроизведение генератора и мотора Стефана Маринова, насколько это возможно в домашних условиях.

Опыт Г.В. Николаева с магнитами: Использовались два круглых магнита от динамиков

Два плоских расположенных на плоскости разноименными полюсами магнита. Притягиваются друг к другу (рис. 4), между тем, как при перпендикулярном расположении их (вне зависимости от ориентации полюсов) сила притяжения отсутствует (присутствует только крутящий момент) (рис. 5).

Теперь разрежем магниты посередине и соединим попарно разными полюсами, образовав магниты первоначального размера (рис. 6).

При расположении этих магнитов в одной плоскости (рис. 7) они вновь будут, например, притягиваться друг к другу, между тем как при перпендикулярном расположении они будут уже отталкиваться (рис. 8). В последнем случае продольные силы, действующие по линии разреза одного магнита, являются реакцией на поперечные силы, действующие на боковые поверхности другого магнита,и наоборот. Существование продольной силы противоречит законам электродинамики. Эта сила является результатом действия скалярного магнитного поля, присутствующего в месте разреза магнитов. Такой составной магнит и называется siberian colia.

Магнитная яма это явление, когда векторное магнитное поле отталкивает, а скалярное магнитное поле притягивает и между ними рождается расстояние.

Библиографическая ссылка

Если через железо пропустить электрический ток , то железо на время прохождения тока приобретет магнитные свойства. Некоторые же вещества, например, закаленная сталь и ряд сплавов не теряют магнитных свойств и после отключения тока, в отличие от электромагнитов .

Вот такие тела, которые долго сохраняют намагниченность, называются постоянными магнитами. Постоянные магниты люди сначала научились добывать из природных магнитов – магнитного железняка, а потом уже научились изготавливать и сами из других веществ, искусственно намагничивая их.

Магнитное поле постоянного магнита

Постоянные магниты имеют два полюса, названные северным и южным магнитными полями. Между этими полюсами магнитное поле располагается в виде замкнутых линий, направленных от северного полюса к южному. Магнитное поле постоянного магнита действует на металлические предметы и другие магниты.

Если поднести два магнита друг к другу одноименными полюсами, то они будут отталкиваться друг от друга. А если разноименными, то притягиваться. Магнитные линии разноименных зарядов при этом как бы замкнутся друг на друге.

Если же в поле магнита попадает металлический предмет, то магнит намагничивает его, и металлический предмет сам становится магнитом. Он притягивается своим противоположным полюсом к магниту, поэтому металлические тела как бы «прилипают» к магнитам.

Магнитное поле Земли и магнитные бури

Магнитным полем обладают не только магниты, но и наша родная планета. Магнитное поле Земли обусловливает действие компасов, которые с древности использовали люди для ориентирования на местности. Земля, как и любой другой магнит, имеет два полюса – северный и южный. Магнитные полюса Земли находятся недалеко от географических полюсов.

Силовые линии магнитного поля Земли «выходят» из северного полюса Земли и «входят» в месте расположения южного полюса. Существование магнитного поля Земли физика подтверждает экспериментально, но объяснить полноценно пока не может. Считается, что причиной существования земного магнетизма являются токи, текущие внутри Земли и в атмосфере.

Время от времени возникают так называемые «магнитные бури». Вследствие солнечной активности и выбросов Солнцем потоков заряженных частиц, магнитное поле Земли кратковременно меняется. В связи с этим может странным образом вести себя компас, нарушается передача различных электромагнитных сигналов в атмосфере.

Подобные бури могут вызывать неприятные ощущения у некоторых чувствительных людей, так как нарушение нормального земного магнетизма вызывает незначительные изменения в довольно тонком инструменте – нашем организме. Считается, что с помощью земного магнетизма находят дорогу домой перелетные птицы и мигрирующие животные.

В некоторых местах Земли существуют области, где компас устойчиво не показывает на север. Такие места называются аномалиями. Объясняются подобные аномалии чаще всего огромными залежами железной руды на небольшой глубине, которые искажают естественное магнитное поле Земли.