Magnetno polje. Homogeno i nehomogeno magnetno polje
Vježba 1
Pitanje:
Na Islandu i Francuskoj, nautički kompas je počeo da se koristi u 12. i 13. veku. U sredini drvenog krsta učvršćena je magnetna šipka, zatim je ova konstrukcija stavljena u vodu, a krst je, okrećući se, postavljen u pravcu sjever-jug. Koji će se pol magnetne šipke okrenuti prema sjevernom magnetnom polu Zemlje?
1) Nijedan od odgovora nije tačan
2) Sjeverni
4) Nema dovoljno podataka za odgovor na pitanje
Zadatak #2
Pitanje:
Koju materiju ne privlači magnet?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
Zadatak #3
Pitanje:
Unutar zidne obloge položena je izolovana žica. Kako pronaći lokaciju žice bez ometanja zidne obloge?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) Lokacija žice se ne može odrediti bez lomljenja zidne obloge.
2) Korištenje rendgenskog vida
3) Osvetlite zidove. Jačanje svjetla će ukazati na lokaciju žice.
4) Donesite magnetnu strelicu na zid. Provodnik sa strujom i strelica će biti u interakciji.
Zadatak #4
Pitanje:
Da li je moguće koristiti kompas na Mjesecu za navigaciju po terenu?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
2) Možete, ali samo na ravnicama
3) Da, ali samo u kraterima
Zadatak #5
Pitanje:
Pod kojim uslovima se oko provodnika pojavljuje magnetno polje?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) Kada se u provodniku pojavi električna struja.
2) Kada se provodnik zagreje.
4) Kada je provodnik presavijen na pola.
Zadatak #6
Pitanje:
Magnetne linije su zamišljene linije duž kojih su male
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) magnetne igle postavljene u magnetsko polje
2) Nijedan od odgovora nije tačan
3) pozitivno nabijene čestice smještene u magnetsko polje
4) negativno nabijene čestice smještene u magnetsko polje
Zadatak #7
Pitanje:
Ako u različite tačke magnetsko polje ista sila djeluje na magnetsku iglu, tada se takvo polje naziva
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) uniforma
2) heterogena
3) homogena
4) vrtlog
Zadatak #8
Pitanje:
Magnet stvara magnetno polje oko sebe. Gdje će se djelovanje ovog polja najjače manifestovati?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) Djelovanje magnetnog polja se manifestira ravnomjerno u svakoj tački magneta.
2) U sredini magneta.
3) Nijedan od odgovora nije tačan
4) Blizu polova magneta.
Zadatak #9
Pitanje:
Šta treba učiniti da se kaljena čelična šipka magnetizira, tj. je postao trajni magnet?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) Stavite u jako magnetno polje
2) trljati vunom
3) Stavite u vodu
4) Prinesite nabijenom tijelu
Zadatak #10
Pitanje:
Koji će se pol pojaviti na šiljatom kraju eksera ako se južni pol magneta približi njegovoj glavi?
Odaberite jednu od 4 opcije odgovora:
1) Ne može se utvrditi
3) Sjeverni
4) Nijedan od odgovora nije tačan
Ako su prave paralelne jedna s drugom, njihova gustina je ista, tada u ovom slučaju kažu da magnetno polje je jednolično. Ako, naprotiv, nije tako, tj. gustina je drugačija, linije su zakrivljene, tada će se takvo polje zvati heterogena. Na kraju lekcije, skrenuo bih vam pažnju na sljedeće brojke.
Rice. 6. Nehomogeno magnetno polje
Prvo, sada to znamo magnetne linije može biti predstavljen strelicama. A figura predstavlja upravo nehomogeno magnetno polje. Gustina na različitim mjestima je različita, što znači da će djelovanje sile ovog polja na magnetsku iglu biti različito.
Sljedeća slika prikazuje već homogeno polje. Linije su usmjerene u istom smjeru, a njihova gustina je ista.
Rice. 7. Uniformno magnetno polje
Ujednačeno magnetsko polje je polje koje se javlja unutar zavojnice s velikim brojem zavoja ili unutar pravolinijskog, šipkastog magneta. Magnetno polje izvan magneta trake, ili ono što smo danas uočili na lekciji, ovo polje je nehomogeno. Da bismo sve ovo u potpunosti razumjeli, pogledajmo tabelu.
Spisak dodatne literature:
Belkin I.K. Električna i magnetska polja // Kvant. - 1984. - br. 3. - S. 28-31. Kikoin A.K. Odakle dolazi magnetizam? // Quantum. - 1992. - Br. 3. - P. 37-39.42 Leenson I. Misterije magnetske igle // Kvant. - 2009. - br. 3. - S. 39-40. Osnovni udžbenik fizike. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974
Tema: Elektromagnetne pojave
Yeryutkin Evgeny Sergeevich
Oerstedovo iskustvo
Na času ćemo odrediti odnos električne struje i njenog smjera. magnetne linije. Za traženje obrazaca potrebno je okrenuti se eksperimentu koji je prvi izveo danski naučnik Oersted 1820. godine.
Rice. 1. Shema Oerstedovog eksperimenta
Vratimo se eksperimentu. Ravni provodnik spojen na izvor struje učvršćen je u dva stativa. Magnetna igla se nalazila ispod provodnika kada je struja, magnetna igla je bila postavljena okomito na provodnik sa strujom. Sljedeći eksperiment je s promjenom polariteta. Električna struja teče u suprotnom smjeru. Kao rezultat toga, promijenio se smjer struje u vodiču. Šta se desilo sa magnetnom iglom? Magnetna igla okrenut za 180°. Zapazite kako je južni pol strelice sada pokazivao tamo gdje je pokazivao sjeverni pol, a sjeverni pol je bio usmjeren u suprotnom smjeru.
Iz kursa fizike 8. razreda znate da se magnetsko polje stvara električnom strujom. Postoji, na primjer, okolo metalni provodnik sa strujom. U ovom slučaju struju stvaraju elektroni koji se kreću u smjeru duž vodiča. Magnetno polje također nastaje kada struja prolazi kroz otopinu elektrolita, gdje su nosioci naboja pozitivno i negativno nabijeni ioni koji se kreću jedan prema drugom.
Budući da je električna struja usmjereno kretanje nabijenih čestica, možemo reći da magnetsko polje nastaje kretanjem nabijenih čestica, pozitivnih i negativnih.
Podsjetimo da, prema Amperovoj hipotezi, prstenaste struje nastaju u atomima i molekulima materije kao rezultat kretanja elektrona.
Slika 85 pokazuje da su kod permanentnih magneta ove elementarne prstenaste struje orijentisane na isti način. Stoga, magnetna polja formirana oko svake takve struje imaju isti smjer. Ova polja pojačavaju jedno drugo, stvarajući polje unutar i oko magneta.
Rice. 85. Ilustracija Amperove hipoteze
Za vizuelni prikaz magnetnog polja koriste se magnetne linije (nazivaju se i linije magnetnog polja) 1 . Podsjetimo da su magnetne linije zamišljene linije duž kojih bi se nalazile male magnetne igle smještene u magnetskom polju.
Magnetna linija se može povući kroz bilo koju tačku u prostoru gdje postoji magnetsko polje.
Slika 86 pokazuje da je magnetska linija (pravolinijska i krivolinijska) povučena tako da se u bilo kojoj tački ove linije tangenta na nju poklapa sa osom magnetne igle postavljene u ovoj tački.
Rice. 86. U bilo kojoj tački magnetne linije, tangenta na nju se poklapa sa osom magnetne igle postavljene u ovoj tački
Magnetne linije su zatvorene. Na primjer, slika magnetskih linija pravog vodiča sa strujom je koncentrična kružnica koja leži u ravni okomitoj na provodnik.
Slika 86 pokazuje da se smjer magnetske linije u bilo kojoj tački uslovno uzima kao smjer koji označava sjeverni pol magnetne igle postavljene u ovoj tački.
U onim područjima prostora gdje je magnetsko polje jače, magnetne linije se povlače bliže jedna drugoj, odnosno deblje nego na mjestima gdje je polje slabije. Na primjer, polje prikazano na slici 87 jače je lijevo nego desno.
Rice. 87. Magnetne linije su bliže jedna drugoj na onim mjestima gdje je magnetno polje jače
Dakle, prema obrascu magnetnih linija, može se suditi ne samo o smjeru, već io veličini magnetskog polja (tj., u kojim tačkama u prostoru polje djeluje na magnetsku iglu s većom silom, a u kojim - sa manje).
Razmotrite sliku linija magnetnog polja stalnog šipkastog magneta (slika 88). Iz predmeta fizike 8. razreda znate da magnetne linije izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni. Unutar magneta su usmjereni dalje Južni pol na sjever. Magnetne linije nemaju ni početak ni kraj: ili su zatvorene ili, kao srednja linija na slici, idu iz beskonačnosti u beskonačnost.
Rice. 88. Slika magnetnog polja stalnog šipkastog magneta
Rice. 89. Magnetne linije magnetskog polja koje stvara pravolinijski provodnik sa strujom
Izvan magneta, magnetske linije su najgušće na njegovim polovima. To znači da je polje najjače u blizini polova, a kako se udaljavate od polova ono slabi. Što se magnetska igla nalazi bliže polu magneta, to je veći modul sile na nju djeluje polje magneta. Budući da su magnetske linije zakrivljene, smjer sile kojom polje djeluje na iglu također se mijenja od tačke do tačke.
Dakle, sila kojom polje trakastog magneta djeluje na magnetsku iglu postavljenu u ovo polje može biti različita i po apsolutnoj vrijednosti i po smjeru u različitim točkama polja.
Takvo polje se naziva nehomogenim. Linije nehomogenog magnetnog polja su zakrivljene, njihova gustina varira od tačke do tačke.
Još jedan primjer neujednačenog magnetnog polja je polje oko pravolinijskog provodnika sa strujom. Na slici 89 prikazan je presjek takvog provodnika, koji se nalazi okomito na ravan crteža. Krug označava poprečni presjek provodnika. Tačka znači da je struja usmjerena iza crteža prema nama, kao da vidimo vrh strelice koja pokazuje smjer struje (struja usmjerena od nas izvan crteža označena je križićem, kao da vidimo rep strelice usmeren duž struje).
Iz ove slike se može vidjeti da su magnetne linije polja koje stvara pravolinijski provodnik sa strujom koncentrični krugovi, među kojima se rastojanje povećava s rastojanjem od vodiča.
U određenom ograničenom prostoru prostora moguće je stvoriti jednolično magnetsko polje, odnosno polje, u čijoj je tački sila djelovanja na magnetsku iglu jednaka po veličini i smjeru.
Slika 90 prikazuje magnetno polje koje se javlja unutar solenoida - cilindričnog žičanog namotaja sa strujom. Polje unutar solenoida može se smatrati homogenim ako je dužina solenoida mnogo veća od njegovog promjera (izvan solenoida polje je nehomogeno, njegove magnetske linije su približno iste kao kod šipkastog magneta). Ova slika pokazuje da su magnetne linije jednolikog magnetskog polja paralelne jedna s drugom i da se nalaze iste gustoće.
Rice. 90. Magnetno polje solenoida
Polje unutar trajnog šipkastog magneta u njegovom centralnom dijelu je također homogeno (vidi sliku 88).
Za sliku magnetnog polja koristi se sljedeća metoda. Ako su linije jednolikog magnetskog polja locirane okomito na ravan crteža i usmjerene su od nas izvan crteža, tada su prikazane križićima (slika 91, a), a ako zbog crteža prema nama, onda sa tačkama (sl. 91, b). Kao iu slučaju struje, svaki križ je takoreći rep strijele koja leti od nas, a vrh je vrh strijele koja leti prema nama (na obje slike smjer strelice se poklapa sa smjer magnetnih linija).
Rice. 91. Linije magnetnog polja usmjerene okomito na ravan crteža: a - od posmatrača; b - posmatraču
Pitanja
- Šta je izvor magnetnog polja?
- Šta stvara magnetsko polje trajnog magneta?
- Šta su magnetne linije? Šta se uzima kao njihov pravac u bilo kojoj tački?
- Kako su magnetske igle u magnetskom polju čije su linije pravolinijske; krivolinijski?
- 0 šta se može suditi po obrascu linija magnetnog polja?
- Kakvo se magnetno polje - homogeno ili nehomogeno - formira oko šipkastog magneta; oko pravog provodnika sa strujom; unutar solenoida čija je dužina mnogo veća od njegovog prečnika?
- Što se može reći o modulu i smjeru sile koja djeluje na magnetsku iglu u različitim točkama nehomogenog magnetnog polja; jednolično magnetno polje?
- Koja je razlika između položaja magnetnih linija u neujednačenim i uniformnim magnetnim poljima?
Vježba 31
1 U § 37 će se dati precizniji naziv i definicija ovih linija.
