Содержание
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Урок 58. Физика 8 класс
На этом уроке мы рассмотрим магнитное поле, возникающее в катушке с током. Также мы познакомимся с таким прибором, как электромагнит и подумаем, в каких целях этот прибор можно применять.
Конспект урока «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение»
Катушка представляет собой проволоку,
намотанную на неметаллический каркас.
Как правило, катушка обладает большим числом витков,
при этом витки расположены вплотную друг к другу. Таким образом, проходя через
проволоку, ток будет идти по спирали. Если такую катушку подвесить на гибких
проводах, то она будет вести себя, как магнитная стрелка. Значит, у катушки
с током тоже есть магнитные полюса.
Как мы помним из предыдущего урока, магнитные линии
направлены от южного полюса к северному. Тогда, получается, что катушка с током
будет фактически являться магнитом. То есть, при прохождении тока через
витки, внутри катушки образуется однородное магнитное поле.
Обратите внимание, насколько это явление похоже на
возникновение магнитного поля вокруг проводника.
Мы видим полностью симметричную картину: в одном
случае, вокруг прямого тока образуются круговые магнитные линии, а в другом —
вокруг прямых магнитных линий идут витки электрического тока. Это ещё раз
доказывает то, что электрические и магнитные явления неделимы.
Итак, катушка с током, фактически имеет свойства
полосового магнита. Совсем недавно мы говорили, что магниты обладают полями
разной силы. Так вот, было многократно подтверждено опытами, что катушка с бо́льшим
числом витков имеет более сильное магнитное поле.
И, конечно, сила магнитного поля зависит от силы
тока в проводнике.
Если мы будем изменять силу тока в катушке, то
убедимся, что её магнитное действие усиливается с увеличением силы тока.
И
наоборот: магнитное действие катушки ослабевает при уменьшении силы тока. Но,
кроме описанных нами двух способов усилить магнитное поле катушки, есть ещё
один способ. Этот способ впервые придумал Доминик Франсуа Жан Араго, поместив
внутрь катушки металлический стержень.
Он сделал это следующим образом: Араго взял полую
стеклянную трубку и намотал на неё проводник, а затем внутрь трубки втолкнул
железный стержень.
Араго заметил, что даже при постоянной силе тока и
числе витков, магнитное поле катушки значительно увеличивается, если внутри
трубки находится железный стержень. Впоследствии, железный стержень начали
называть сердечником, а катушку с сердечником — электромагнитом.
Назначение электромагнита понятно из названия: с помощью электрического тока
создаётся мощный магнит.
Электромагниты широко используются людьми. Это
довольно удобно, потому что регулировать мощность магнита очень легко.
Его
можно изготавливать разных размеров, с разным числом витков и пропускать через
них различный ток. Мы не будем сейчас изучать, как рассчитывается сила
электромагнита. Просто приведём несколько примеров их применения. Вы все
знаете, что существуют магнитные замки. Они сделаны на основе электромагнита:
чтобы открыть дверь, нужно ввести код.
При вводе кода, по электромагниту временно перестаёт
течь ток, и дверь спокойно можно открыть. Когда по электромагниту течет ток, он
с такой силой притягивает к себе дверь, что человек не в состоянии её открыть.
При вводе кода, отключается ток, и магнитное поле пропадает. Поэтому, человек
легко может открыть дверь.
Или, например, когда нужно поднять тяжелый
металлический груз, использовать электромагнит очень удобно.
Широкое применение электромагниты нашли в сортировке.
Особенно, это удобно, когда нужно отсортировать какие-то мелкие предметы. На
установке, представленной на рисунке, вы видите крутящийся барабан, который
является электромагнитом.
С его помощью, например, легко отделить металлический
мусор от неметаллического, чтобы потом отправить отсортированный мусор на
переработку.
Можно ещё долго перечислять области, в которых
используются электромагниты, но для объяснения этого использования, нам нужно
поднакопить знания.
Предыдущий урок 57
Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии
Следующий урок 59
Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов
Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций
Физика 8 класс
Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт
Магнитное поле катушки с током – энергия системы
3.
9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 273.
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 273.
Движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Поток электронов, проходящих по проводнику создают магнитное поле вокруг проводника. Если металлический провод намотать кольцами на какой-нибудь стержень, то получится катушка. Оказывается магнитное поле, создаваемое такой катушкой, обладает интересными и, самое главное, полезными свойствами.
Почему возникает магнитное поле
Магнитные свойства некоторых веществ, позволяющие притягивать металлические предметы, были известны с давних времен. Но к пониманию сути этого явления удалось приблизиться только в начале XIX века. По аналогии с электрическими зарядами, были попытки объяснить магнитные эффекты с помощью неких магнитных зарядов (диполей). В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка отклоняется при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.
Тогда же французский исследователь Андре Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, вызывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкивание, если токи направлены в разные стороны.
Рис. 1. Опыт Ампера с проводами с током. Стрелка компаса вблизи провода с током
На основании этих наблюдений Ампер пришел к выводу, что взаимодействие тока со стрелкой, притяжение (и отталкивание) проводов и постоянных магнитов между собой можно объяснить, если предположить, что магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Дополнительно Ампер выдвинул смелую гипотезу, согласно которой внутри вещества существуют незатухающие молекулярные токи, которые и являются причиной возникновения постоянного магнитного поля. Тогда все магнитные явления можно объяснить взаимодействием движущихся электрических зарядов, и никаких особенных магнитных зарядов не существует.
Математическую модель (теорию), с помощью которой стало возможным рассчитывать величину магнитного поля и силу взаимодействия, разработал английский физик Джеймс Максвелл.
Из уравнений Максвелла, объединивших электрические и магнитные явления, следовало, что:
- Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов;
- Постоянное магнитное поле существует у природных магнитных тел, но и в этом случае причиной возникновения поля является непрерывное движение молекулярных токов (вихрей) в массе вещества;
- Магнитное поле можно создать еще с помощью переменного электрического поля, но это тема будет рассмотрена в следующих наших статьях.
Магнитное поле катушки с током
Металлический провод, намотанный кольцами на любой цилиндрический стержень (деревянный, пластмассовый и т.п.) — это и есть электромагнитная катушка. Провод должен быть изолированным, то есть покрыт каким-либо изолятором (лаком или пластиковой оплеткой) во избежание замыкания соседних витков. В результате протекания тока магнитные поля всех витков складываются и получается, что суммарное магнитное поле катушки с током идентично (полностью похоже) магнитному полю постоянного магнита.
Рис. 2. Магнитное поле катушки и постоянного магнита.
Внутри катушки магнитное поле будет однородное, как в постоянном магните. Снаружи магнитные линии поля катушки с током можно обнаружить с помощью мелких металлических опилок. Линии магнитного поля замкнуты. По аналогии с магнитной стрелкой компаса, катушка с током имеет два полюса — южный и северный. Силовые линии выходят из северного полюса и заканчиваются в южном.
Для катушек с током существуют дополнительные, отдельные названия, которые используют в зависимости от области применения:
- Катушка индуктивности, или просто — индуктивность. Термин используется в радиотехнике;
- Дроссель (drossel — регулятор, ограничитель). Используется в электротехнике;
- Соленоид. Это составное слово происходит от двух греческих слов: solen — канал, труба и eidos — подобный). Так называют специальные катушки с сердечниками из специальных магнитных сплавов (ферромагнетиков), которые используют в качестве электромеханических механизмов.
2*S}\over l_к} $$
N — число витков катушки;
S — площадь поперечного сечения катушки;
lк — длина катушки;
μ — магнитная проницаемость материала сердечника — справочная величина. Сердечник представляет собой металлический стержень, помещенный внутрь катушки. Он позволяет значительно увеличивать величину магнитного поля.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов. Магнитное поле катушки с током похоже на магнитное поле постоянного магнита. Энергию магнитного поля катушки можно рассчитать, зная силу тока I и индуктивность L.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
-
Kirill Pelipes
10/10
-
Даша Литош
10/10
Оценка доклада
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 273.
А какая ваша оценка?
Закон Фарадея
Закон Фарадея
Любое изменение магнитной среды катушки с проводом вызовет «индукцию» напряжения (ЭДС) в катушке.
Независимо от того, как производится изменение, напряжение будет генерироваться. Это изменение может быть вызвано изменением напряженности магнитного поля, перемещением магнита к катушке или от нее, перемещением катушки в магнитное поле или из него, вращением катушки относительно магнита и т. д. Дополнительные комментарии к этим примерам Гальванометр и катушка Закон Фарадея — это фундаментальное соотношение, вытекающее из уравнений Максвелла. Он служит кратким изложением того, как напряжение (или ЭДС) может генерироваться изменяющейся магнитной средой. ЭДС индукции в катушке равна отрицательному значению скорости изменения магнитного потока, умноженной на число витков в катушке. Это связано с взаимодействием заряда с магнитным полем.
Закон Ленца Пример катушки переменного тока
Закон Фарадея и самовоспламенение Индекс Концепции закона Фарадея
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Назад Когда ЭДС создается изменением магнитного потока в соответствии с
По закону Фарадея полярность ЭДС индукции такова, что она производит
ток, магнитное поле которого противостоит вызывающему его изменению.
Индуцированное магнитное поле внутри любой петли провода всегда поддерживает постоянный магнитный поток в петле. В приведенных ниже примерах, если поле B увеличивается, индуцированное поле действует против него. Если оно уменьшается, индуцированное поле действует в направлении приложенного поля, пытаясь сохранить его постоянным.Индекс Концепции закона Фарадея
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Назад Когда магнит перемещается в катушку с проводом, изменяя магнитное поле и магнитный поток через катушку, в катушке будет генерироваться напряжение в соответствии с законом Фарадея. В примере, показанном ниже, когда магнит перемещается в катушку, гальванометр отклоняется влево в ответ на возрастающее поле. Когда магнит вытягивают обратно, гальванометр отклоняется вправо в ответ на уменьшение поля.
Полярность ЭДС индукции такова, что она производит
ток, магнитное поле которого противостоит вызывающему его изменению.
Индуцированное магнитное поле внутри любой петли провода всегда поддерживает постоянный магнитный поток в петле. Это неотъемлемое поведение генерируемых магнитных полей резюмируется в законе Ленца.Индекс Концепции закона Фарадея
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица Вернуться назад Как работают электромагнитные катушки. Основы цепей
Проволочная катушка представляет собой электрический проводник с одним или несколькими витками, предназначенный для создания магнитного поля. Это обычно используется для увеличения силы магнитного поля. Чем больше витков проволоки на катушке, тем сильнее будет магнитное поле. Все магнитные поля, создаваемые отдельными витками провода, проходят через центр катушки, создавая сильное магнитное поле.
Создание магнитного поля с помощью проволочной катушки
Движущиеся заряженные частицы создают магнитные поля. Впервые это наблюдалось в начале 19 го века. Во время эксперимента было замечено, что когда электрический ток протекает по проводу, ближайший компас меняет направление. Когда ток отключался, компас возвращался к своему первоначальному выравниванию север/юг с магнитным полем Земли. Таким образом, эксперимент пришел к выводу, что электроны, движущиеся по спиральному проводу, создают магнитное поле, которого не существовало, когда ток был отключен.
Заряженные частицы создают магнитные поля только тогда, когда они движутся. Эксперимент, проведенный в 19 веке, показал, что провод, по которому течет электрический ток, на самом деле является магнитом. Поскольку все электроны движутся по проводу в одном направлении, вокруг провода существует четко определенное магнитное поле. Сила магнитного поля пропорциональна силе тока, протекающего по проводу.
Увеличение тока увеличит силу магнитного поля. Когда через катушку не течет ток, не будет и магнитного поля. Количество витков провода также влияет на магнитные поля. Его прочность прямо пропорциональна количеству проволочных петель, добавленных к катушке. Другими словами, увеличение проволочных петель увеличит силу магнитного поля.
Если ток течет вокруг катушки по часовой стрелке, то эта сторона катушки будет Южным полюсом. С другой стороны, если ток течет вокруг катушки против часовой стрелки, то эта сторона катушки будет северным полюсом.
Катушки проволоки, которые действуют как стержневые магниты с отчетливым северным и южным полюсами каждый раз, когда электрический ток проходит через катушку, называются электромагнитами.
Магнитные поля, создаваемые проволочной катушкой
Что такое электромагниты?
Электромагниты представляют собой магниты, магнитное поле которых создается электрическим током. Он проявляет магнитное притяжение к другим металлическим предметам, когда через них проходит электрический ток.
Мы также можем контролировать, включать и выключать силу его магнитного притяжения. Как сделать электромагнит
Для создания электромагнита вам потребуется следующее:
- Магнитная проволока
- Железный гвоздь длиной не менее 3 дюймов
- Сухая батарея
- Изоленты
- Кнопки или скрепки для бумаг
Используя указанные выше материалы и следуя простой схеме, выполните следующие действия:
- Оберните магнитную проволоку вокруг железного гвоздя и оставьте 3 дюйма проволоки свободной на конце. Убедитесь, что проволока намотана плотно, не оставляя зазоров между ними.
- Обмотав весь гвоздь, отрежьте проволоку, оставив 2-3″ выступа.
- С помощью инструмента для зачистки проводов снимите изоляцию магнитного провода, чтобы обнажить не менее одного дюйма оголенного провода. Сделайте это для обоих концов проволоки.
- Подсоедините один конец провода к положительной клемме аккумулятора, а другой конец к отрицательной клемме.
- С помощью изоленты примотайте оба конца провода к клеммам аккумулятора.
- Проверьте электромагнит, поместив кнопки или скрепки рядом с гвоздем, и посмотрите, притягивает ли их гвоздь.
Для изготовления электромагнита необходимо обеспечить плотную намотку магнитной проволоки, состоящей из полностью отожженной, электролитически рафинированной меди.
Что такое магнитная проволока?
Магнитная проволока или обмоточная проволока представляет собой изолированный проводник, используемый для обмена электрической энергии с магнитной энергией. Обычно он покрыт медью или алюминием с тонким слоем изоляции. Он бывает трех типов: эмалированный провод, токопроводящий провод и их комбинация. Они обычно используются для катушек индуктивности, двигателей, потенциометров, электромагнитов и других приложений, требующих плотных катушек провода.
Повышение напряженности магнитного поля с помощью ферромагнитного сердечника внутри проволочной катушки
Ферромагнитные материалы — это элементы, которые могут легко намагничиваться и обычно изготавливаются из стали, кобальта, никелевых сплавов и мягкого железа.
Ферромагнитные материалы сильно реагируют на магниты. Помещение этих материалов в магнитную цепь приведет к более концентрированному и плотному магнитному потоку, который затем усилит магнитное поле, вызванное током в катушке. Магнитное поле, создаваемое электроном, может влиять на ориентацию поля, создаваемого соседними электронами, создающими «магнитный домен». Здесь все электроны имеют выровненные магнитные поля. Магнитный домен представляет собой область внутри магнитного материала, где намагниченность имеет однородное направление. Это отвечает за поведение ферромагнитных материалов.
Наведение напряжения и тока с помощью движущегося магнита и неподвижной катушки
Закон индукции Фарадея гласит, что изменяющееся магнитное поле индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) в проводе контура. Электродвижущая сила заставляет электроны двигаться и формировать ток. Изменение площади проволочной петли и изменение угла между петлей и магнитным полем может индуцировать ток.
от
Метки:
Комментарии
-
2*S}\over l_к} $$
Независимо от того, как производится изменение, напряжение будет генерироваться. Это изменение может быть вызвано изменением напряженности магнитного поля, перемещением магнита к катушке или от нее, перемещением катушки в магнитное поле или из него, вращением катушки относительно магнита и т. д. 
Увеличение тока увеличит силу магнитного поля. Когда через катушку не течет ток, не будет и магнитного поля. 
Мы также можем контролировать, включать и выключать силу его магнитного притяжения. 
Ферромагнитные материалы сильно реагируют на магниты. Помещение этих материалов в магнитную цепь приведет к более концентрированному и плотному магнитному потоку, который затем усилит магнитное поле, вызванное током в катушке. 
Добавить комментарий