какое магнитное поле называют однородным

Однородное и неоднородное магнитное поле

Что такое однородное и неоднородное магнитное поле

Однородное магнитное поле — это магнитное поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Благодаря силе Лоренца в однородном поле частицы движутся равномерно по окружности с центростремительным ускорением.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Сила Лоренца \(\overrightarrow\) — электромагнитная сила со стороны магнитного поля, действующая на движущийся заряд q:

Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что частица равномерно движется по окружности с радиусом r.

Радиус r окружности определяется как частное произведения массы m со скоростью v и произведения электрического заряда q с индукцией B.

Радиус траектории движения частицы с постоянной массой и ее скорость не влияют на период ее обращения в однородном поле.

В однородном магнитном поле максимальный вращающий момент \(M_\) при воздействии замкнутых проводников, изготовленных из очень тонкой проволоки разных размеров и форм, с током приобретает свойства:

Таким образом, максимальный вращающий момент становится пропорциональным магнитному моменту \(P_\) контура с током:

Величина магнитного момента \(P_\) характеризует действие магнитного поля на плоский контур с током.

Следовательно, формула для определения индукции B в однородном магнитном поле приобретает вид:

Примеры однородных магнитных полей:

Неоднородное магнитное поле — это магнитное поле, в котором сила, действующая на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

В неоднородном магнитном поле магнитная индукция в разных местах имеет различные модули и направления. Для вычисления значения вектора \(\overrightarrow B\) в неоднородном поле необходимо определить вращающий момент, действующий на него. Для этого в некую точку помещают контур размеров, меньших в сравнении с расстояниями, на которых поле заметно меняется.

Примеры неоднородных магнитных полей:

Отличия однородного и неоднородного магнитных полей

Что такое силовые линии, как расположены

Силовые линии магнитного поля или линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке имеют направление вектора индукции в этой точке. Данные линии аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

Если представить, что в некой точке магнитного поля находится маленькая магнитная стрелка, то под его действием она расположится по направлению касательной к линии поля в этой точке. Северный конец стрелки укажет направление линии магнитного поля.

Линии магнитной индукции всегда не имеют ни начала, ни конца, то есть они всегда замкнуты. Магнитные линии соответствуют направлению вектора в каждой точки поля. Направления вектора указываются стрелками.

Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми.

В однородном магнитном поле все линии параллельны и равны друг другу.

В прямом проводнике линии магнитной индукции расположены в виде окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Центры окружностей находятся на оси проводника.

Для того чтобы определить вектор индукции в этом случае, необходимо смотреть вдоль проводника по направлению движения положительных зарядов, то есть по направлению тока. Вектор магнитной индукции будет направлен по ходу часовой стрелки. Если ток направлен к наблюдателю, то вектор индукции направлен против хода часовой стрелки.

Способы обнаружения магнитного поля

Схема опыта для обнаружения магнитного поля:

Опыт позволяет обнаружить магнитное взаимодействие, то есть взаимодействие между электрическими зарядами, движущимися направленно.

Магнитное поле можно обнаружить по действию на электрический ток, то есть по действию на движущиеся заряды.

Опыт для определения характера действия магнитного поля на контур с током:

Опыт показывает, что магнитное поле создается не только токами в проводниках, но так же его создает и любое направленное движение электрических зарядов.

Магнитное поле можно обнаружить по отклонению рядом находящейся магнитной стрелки на компасе, при пропускании через проводник электрического тока.

Магнитное поле также создается постоянными магнитами. Для его обнаружения необходимо на гибких проводниках подвесить между полюсами магнита плоскую рамку с током. Рамка должна поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не станет перпендикулярной линии, соединяющей полюсы магнита. Опыты позволяют увидеть ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током.

Источник

Магнитное поле и его характеристики

теория по физике 🧲 магнетизм

Магнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими частицами.

Основные свойства магнитного поля

Вектор магнитной индукции

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в нем 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равна 1 Н. 1 Н/(А∙м) = 1 Тл.

Модуль вектора магнитной индукции — физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины проводника:

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

Особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Поэтому магнитное поле — вихревое поле.

Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобным электрическим, в природе нет.

Напряженность магнитного поля

μ — магнитная проницаемость среды (у воздуха она равна 1), μ 0 — магнитная постоянная, равная 4 π · 10 − 7 Гн/м.

Направление вектора магнитной индукции и способы его определения

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции, нужно:

В пространстве между полюсами постоянного магнита вектор магнитной индукции выходит из северного полюса:

При определении направления вектора магнитной индукции с помощью витка с током следует применять правило буравчика:

При вкручивании острия буравчика вдоль направления тока рукоятка будет вращаться по направлению вектора → B магнитной индукции.

Отсюда следует, что:

Способы обозначения направлений векторов:

Вверх
Вниз
Влево
Вправо
На нас перпендикулярно плоскости чертежа
От нас перпендикулярно плоскости чертежа

Пример №1. На рисунке изображен проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор магнитной индукции в точке С?

Если мысленно начать вкручивать острие буравчика по направлению тока, то окажется, что вектор магнитной индукции в точке С будет направлен к нам — к наблюдателю.

Магнитное поле прямолинейного тока

Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружностей совпадает с осью проводника.

Если ток идет вверх, то силовые линии направлены против часовой стрелки. Если вниз, то они направлены по часовой стрелке. Их направление можно определить с помощью правила буравчика или правила правой руки:

Правило буравчика (правой руки)

Если большой палец правой руки, отклоненный на 90 градусов, направить в сторону тока в проводнике, то остальные 4 пальца покажут направление линий магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции на расстоянии r от оси проводника:

Магнитное поле кругового тока

Силовые линии представляют собой окружности, опоясывающие круговой ток. Вектор магнитной индукции в центре витка направлен вверх, если ток идет против часовой стрелки, и вниз, если по часовой стрелке.

Определить направление силовых линий магнитного поля витка с током можно также с помощью правила правой руки:

Если расположить четыре пальца правой руки по направлению тока в витке, то отклоненный на 90 градусов большой палец, покажет направление вектора магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции в центре витка, радиус которого равен R:

Модуль напряженности в центре витка:

Пример №2. На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в вертикальной плоскости. Точка А находится на горизонтальной прямой, проходящей через центр витка. Как направлен (вверх, вниз, влево, вправо) вектор магнитной индукции магнитного поля в точке А?

Если мысленно обхватить виток так, чтобы четыре пальца правой руки были бы направлены в сторону тока, то отклоненный на 90 градусов большой палец правой руки показал бы, что вектор магнитной индукции в точке А направлен вправо.

Магнитное поле электромагнита (соленоида)

Соленоид — это катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра.

Число витков в соленоиде N определяется формулой:

l — длина соленоида, d — диаметр проволоки.

Линии магнитной индукции являются замкнутыми, причем внутри соленоида они располагаются параллельно друг другу. Поле внутри соленоида однородно.

Если ток по виткам соленоида идет против часовой стрелки, то вектор магнитной индукции → B внутри соленоида направлен вверх, если по часовой стрелке, то вниз. Для определения направления линий магнитной индукции можно воспользоваться правилом правой руки для витка с током.

Модуль вектора магнитной индукции в центральной области соленоида:

Модуль напряженности магнитного поля в центральной части соленоида:

Алгоритм определения полярности электромагнита

Пример №3. Через соленоид пропускают ток. Определите полюсы катушки.

Ток условно течет от положительного полюса источника тока к отрицательному. Следовательно, ток течет по виткам от точки А к точке В. Мысленно обхватив соленоид пальцами правой руки так, чтобы четыре пальца совпадали с направлением тока в витках соленоида, отставим большой палец на угол 90 градусов. Он покажет направление линий магнитной индукции внутри соленоида. Проделав это, увидим, что линии магнитной индукции направлены вправо. Следовательно, они выходят из В, который будет являться северным полюсом. Тогда А будет являться южным полюсом.

На рисунке изображён круглый проволочный виток, по которому течёт электрический ток. Виток расположен в вертикальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен

а) вертикально вверх в плоскости витка

б) вертикально вниз в плоскости витка

в) вправо перпендикулярно плоскости витка

г) влево перпендикулярно плоскости витка

Алгоритм решения

Решение

По условию задачи мы имеем дело с круглым проволочным витком. Поэтому для определения вектора → B магнитной индукции мы будем использовать правило правой руки.

Чтобы применить это правило, нам нужно знать направление течение тока в проводнике. Условно ток течет от положительного полюса источника к отрицательному. Следовательно, на рисунке ток течет по витку в направлении хода часовой стрелки.

Теперь можем применить правило правой руки. Для этого мысленно направим четыре пальца правой руки в направлении тока в проволочном витке. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает относительно рисунка влево. Это и есть направление вектора магнитной индукции.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Магнитная стрелка компаса зафиксирована на оси (северный полюс затемнён, см. рисунок). К компасу поднесли сильный постоянный полосовой магнит и освободили стрелку. В каком положении установится стрелка?

а) повернётся на 180°

б) повернётся на 90° по часовой стрелке

в) повернётся на 90° против часовой стрелки

г) останется в прежнем положении

Алгоритм решения

Решение

Одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются. Изначально южный полюс магнитной стрелки находится справа, а северный — слева. Полосовой магнит подносят к ее южному полюсу северной стороной. Поскольку это разноименные полюса, положение магнитной стрелки не изменится.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Непосредственно над неподвижно закреплённой проволочной катушкой вдоль её оси на пружине подвешен полосовой магнит (см. рисунок). Куда начнёт двигаться магнит сразу после замыкания ключа? Ответ поясните, указав, какие физические явления и законы Вы использовали для объяснения.

Алгоритм решения

Решение

Чтобы определить направление тока в соленоиде, посмотрим на расположение полюсов источника тока. Ток условно направлен от положительного полюса к отрицательному. Следовательно, относительно рисунка ток в витках соленоида направлен по часовой стрелке.

Зная направление тока в соленоиде, можно определить его полюса. Северным будет тот полюс, из которого выходят линии магнитной индукции. Определить их направление поможет правило правой руки для соленоида. Мысленно обхватим соленоид так, чтобы направление четырех пальцев правой руки совпадало с направлением тока в витках соленоида. Теперь отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление вектора магнитной индукции. Проделав все манипуляции, получим, что вектор магнитной индукции направлен вниз. Следовательно, внизу соленоида расположен северный полюс, а вверху — южный.

Известно, что одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Подвешенный полосовой магнит обращен к южному полюсу соленоида северным полюсом. А это значит, что при замыкании электрической цепи он будет растягивать пружину, притягиваясь к соленоиду (двигаться вниз).

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Источник

Однородное и неоднородное магнитное поле

Вы будете перенаправлены на Автор24

Магнитное поле

Эмпирически показано, что перемещающиеся заряды действуют друг на друга иначе, чем стационарные. Помимо взаимодействия при помощи электрического поля, движущиеся заряды оказывают действия друг на друга магнитным полем.

Прежде чем говорить об однородности или неоднородности магнитного поля следует определить с помощью каких основных физических величин можно количественно описывать магнитное поле. Рассмотрим такие характеристики магнитного поля как:

Магнитная сила ($\vec_)$), которая оказывает воздействие на элементарный заряд q, может быть найдена как:

$\vec_=q\left[ \vec\vec \right]\left( 1 \right)$

Вектор магнитной индукции ($\vec$) является характеристикой силового действия магнитного поля. Величина магнитной индукции численно равна максимальной магнитной силе, которая действует на частицу с зарядом 1 Кл, которая движется со скоростью 1 м/с в вакууме, нормально вектору магнитной индукции.

Для магнитных полей выполняется принцип суперпозиции: магнитное поле, которое создается системой перемещающихся зарядов или рядом токов, находят как векторную сумму магнитных полей, которые созданы каждым отдельным источником поля.

Величина магнитной индукции поля зависит от магнитных свойств вещества, в котором поле локализовано. В веществе магнитное поле является суперпозицией внешнего магнитного поля и магнитных полей, создаваемых молекулярными токами.

Готовые работы на аналогичную тему

Магнитное поле называют постоянным, если оно неизменно во времени.

Магнитные поля можно классифицировать, разделяя поля на:

Магнитное поле называют однородным, если векторы магнитной индукции во всех точках этого поля одинаковы:

Магнитное поле, как и электрическое можно изобразить графически при помощи силовых линий. Это делают для наглядности.

Линии магнитной индукции

Силовые линии магнитного поля называются линиями магнитной индукции. Касательные к этим линиям в любых точках имеют направления аналогичные направлениям векторов магнитной индукции в этих же точках.

Например, силовые линии прямого тока – это окружности с центрами на оси тока (рис.1).

Рисунок 1. Силовые линии прямого тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

У всех постоянных магнитных полей силовые линии замкнутые (или начинаются и заканчиваются в бесконечности). Это свойство качественного отличия постоянного электрического поля от магнитного.

Направление силовых линий магнитного поля связано с правилом буравчика.

Силовые линии постоянных магнитов начинаются на его северных полюсах и приходят к южным полюсам. Внутри постоянных магнитов силовые линии замыкаются.

Количество силовых линий, которые пересекают поверхность, называют магнитным потоком:

$Ф=\int\limits_S <\vecd\vec\left( 3 \right).>$

В однородном магнитном поле силовые линии изображаются как система параллельных прямых, находящихся на равных расстояниях (рис.2).

Рисунок 2. Однородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты однородного магнитного поля:

Неоднородное магнитное поле изображено на рис.3.

Рисунок 3. Неоднородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты неоднородного магнитного поля:

Напряженность магнитного поля

Для магнитного поля в однородном изотропном магнетике напряженность магнитного поля не зависит от магнитной проницаемости вещества и равна напряженности в избранной точке поля для вакуума, если поле создают те же источники.

Для однородного магнитного поля имеем:

Относительно неоднородного магнитного поля можно сказать, что:

Примеры однородных магнитных полей

Однородных магнитных полей встречается совсем немного. К однородным магнитным полям относят:

Примеры неоднородных магнитных полей

К неоднородным магнитным полям относится большинство магнитных полей, например:

Источник

Магнитное поле. Однородное и неоднородное магнитное поле. (9 класс)

Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов

Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте

откроется в новом окне

Выдаем Удостоверение установленного образца:

Выбранный для просмотра документ 1-24.doc

Физика 9 класс Волик Н.Н.

Цели (ожидаемый результат) :

закрепить понятие постоянного и электрического магнита, магнитного поля;

исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;

исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов;

исследовать взаимодействие соленоида и постоянного магнита;

познакомиться со свойствами магнитного поля.

развивать умение анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;

устанавливать причинно-следственные связи ;

формировать навыки работы в группах;

прививать интерес к предмету через различные компоненты воспитательного процесса.

Тип урока : урок изучения нового материала.

Методы урока : словесный, наглядный.

Литература: физика 9 класс А.В. Перышкин, Е.М.Гутник

Оборудование : магниты полосовые и дугообразные (по кол-ву детей в классе), железные опилки, магнитная стрелка, источник тока, соленоид, соединительные провода.

Приветствует учащихся, создает доброжелательный настрой. Отмечает отсутствующих

Анализ контрольной работы. Работа над ошибками.

Звуковая волна распространяется в стали со скоростью 5000 м/с. Определить частоту этой волны, если ее длина 6,16 м.

= υ/ λ

= 5000м / с / 6,16м = 811,6 Гц

Длина волны равна 2м, а скорость ее распространения 400 м/с. Определить сколько полных колебаний совершает эта волна за 0,1 с.

λ = * T ;

T = λ /

N = t/T = / λ * t

N = (400м/с * 0,1c) / 2м = 20

Ответ: 20 колебаний

Определить промежуток времени, в течение которого тело массой 3,6 кг совершит 20 колебаний на пружине жесткостью 10 Н / м.

T = 2 * 3,14√3.6кг/10Н/м = 6,28 * 0,6 = 3,7с

По поверхности воды в озере волна распространяется со скоростью 6 м/с. Каковы период и частота колебаний бакена, если длина волны 3м.

λ = * T ;

T = λ /

T=1/

= υ/ λ

= 6 м / с / 3 м = 2 Гц

Ребята мы начинаем изучение нового раздела физики “Электромагнитное поле”. Этот раздел вы будете изучать на протяжении нескольких уроков. А сегодня цель нашего урока узнать, что такое электромагнитное поле, определить его свойства.

Рассказывает об истории магнита :

Магнетизм, как явление, известен, по крайней мере, с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Однако впервые свойства магнита были описаны лишь в 1269 году. А первой крупной работой, посвященной исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта “О магните”, вышедшая в 1600 году. В древние времена свойства магнита пытались объяснить приписыванием ему “живой души”. Теперь мы знаем, что все дело в особом поле, создаваемом магнитом – магнитном поле.В 1820 году Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током.

Изучение нового материала

Запишите тему урока себе в тетрадь: “Магнитное поле. Неоднородное и однородное магнитное поле”.

Учитель демонстрирует движение проводника с током в магнитном поле. В 1820 году Ампер предположил, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены множеством круговых токов, циркулирующих внутри молекул этих тел.

Свойства магнитного поля:

Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (движущиеся заряженные тела).

Магнитное поле, как и электрическое поле, материально, т.к. оно действует на тела, и следовательно, обладает энергией.

Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

Для графического изображения магнитного поля используют магнитные силовые линии. Магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми.

Предлагает выполнить учащимся исследовательскую работу (работа в группах). Обнаружение магнитного поля, используя мелкие железные опилки.

Приборы и материалы:

Полосовой магнит, лист бумаги, коробочка с железными опилками.

Порядок выполнения работы:

Положите на стол полосовой магнит. Сверху на него положите лист бумаги.

Осторожно насыпьте на бумагу ровным слоем железные опилки и слегка встряхните бумагу.

Внимательно рассмотрите полученную картину.

В магнитном поле железные опилки намагничиваются и становятся маленькими магнитными стрелочками. Ось каждой стрелочки в магнитном поле устанавливается вдоль магнитных линий магнитного поля.

Поместите магнит под листом картона или плотной бумаги и рассыпьте на бумагу железные опилки. Видно, что в некоторых местах опилки располагаются гуще – там поле сильнее. Там где опилки, ложатся реже, поле слабее. По такой картине на бумаге можно судить не только о величине, но и о направлении магнитного поля. Силовые линии магнитного поля прямолинейного тока представляют собой окружности, охватывающие этот ток.

Учащиеся выполняют работу в группах.

Магнитные линии или линии магнитной индукции – это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты.

Вы выяснили, как располагается магнитное поле рядом с постоянным магнитом, а теперь посмотрим какие виды магнитных полей бывают.

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 направлению.

Характеристика неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены; густота магнитных линий различна; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, различна в разных точках этого поля по величине и направлению.

– вокруг прямого проводника с током;

– вокруг полосового магнита;
– вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ – поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Характеристика однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые;густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, одинакова во всех точках этого поля по величине и направлению.

Где существует однородное магнитное поле?

Учащиеся отвечают на вопрос:

– внутри полосового магнита и внутри соленоида, если его длина много больше, чем диаметр.

Задает вопросы учащимся:

Все ли было понятно на уроке?

Что вызвало трудности?

Что нового мы сегодня узнали?

Какое магнитное поле – однородное или неоднородное – образуется вокруг плоского магнита? Вокруг прямолинейного проводника с током? Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра?

Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в различных точках неоднородного магнитного поля?

Сравните картины расположения линий в неоднородном и однородном магнитных полях.

Как изображают линии магнитного поля, направленные перпендикулярно к плоскости чертежа?

Давайте подведем итоги сегодняшнего урока (учащиеся сами формулируют вопросы и дают ответы на них).

Ответы учащихся по итогам урока:

1. Вокруг постоянного магнита, а также вокруг проводника с током существует магнитное поле, действующее на любой магнит, который в нем находится.

4. Устройство, состоящее из железного сердечника, обмотанного изолированным проводом, по которому течет ток, называют электромагнитом.

Выставляет оценки за урок, с комментариями

Выбранный для просмотра документ Технологическая карта 1-24.doc

Источник