Catalogul sarcinilor.
Sarcini D13. Un câmp magnetic. Inductie electromagnetica
Faceți teste pentru aceste sarcini
Reveniți la catalogul de sarcini
Versiune pentru imprimare și copiere în MS Word
Un curent electric a fost trecut printr-un cadru conducător de lumină situat între polii unui magnet de potcoavă, a cărui direcție este indicată de săgeți în figură.
Soluţie.
Câmpul magnetic va fi direcționat de la polul nord al magnetului spre sud (perpendicular pe latura AB a cadrului). Laturile cadrului cu curent sunt acționate de forța Amperi, a cărei direcție este determinată de regula stângii, iar mărimea este egală cu unde este puterea curentului în cadru, este mărimea inducției magnetice. a câmpului magnetic, este lungimea laturii corespunzătoare a cadrului, este sinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și direcția curentului. Astfel, pe partea AB a cadrului și pe partea paralelă cu acesta vor acționa forțe egale ca mărime, dar opuse ca direcție: în partea stângă „de la noi”, iar în partea dreaptă „pe noi”. Forțele nu vor acționa pe laturile rămase, deoarece curentul din ele curge paralel cu liniile de câmp. Astfel, cadrul va începe să se rotească în sensul acelor de ceasornic când este privit de sus.
Pe măsură ce vă întoarceți, direcția forței se va schimba și în momentul în care cadrul se rotește cu 90°, cuplul își va schimba direcția, astfel încât cadrul nu se va roti mai mult. Cadrul va oscila în această poziție pentru o perioadă de timp, apoi va ajunge în poziția prezentată în Figura 4.
Raspuns: 4
Sursa: Academia de Fizică de Stat. Valul principal. Opțiunea 1313.
Un curent electric trece prin bobină, a cărui direcție este prezentată în figură. În același timp, la capetele miezului de fier al bobinei
1) se formează poli magnetici: la capătul 1 - polul nord; la capătul 2 – sudic
2) se formează poli magnetici: la capătul 1 - polul sud; la capătul 2 - nordic
3) se acumulează sarcini electrice: la capătul 1 - sarcină negativă; la final 2 este pozitiv
4) se acumulează sarcini electrice: la capătul 1 - sarcină pozitivă; la final 2 - negativ
Soluţie.
Când particulele încărcate se mișcă, apare întotdeauna un câmp magnetic. Să folosim regula mâinii drepte pentru a determina direcția vectorului de inducție magnetică: ne îndreptăm degetele de-a lungul liniei curente, apoi degetul mare îndoit va indica direcția vectorului de inducție magnetică. Astfel, liniile de inducție magnetică sunt direcționate de la capătul 1 la capătul 2. Liniile de câmp magnetic intră în polul magnetic sud și ies din nord.
Răspunsul corect este indicat sub număr 2.
Notă.
În interiorul magnetului (bobinei), liniile câmpului magnetic merg de la polul sud la polul nord.
Raspuns: 2
Sursa: Academia de Fizică de Stat. Valul principal. Opțiunea 1326., OGE-2019. Valul principal. Opțiunea 54416
Figura prezintă o imagine a liniilor câmpului magnetic de la doi magneți de bandă obținuți folosind pilitura de fier. Judecând după locația acului magnetic, care poli ai magneților de bandă corespund zonelor 1 și 2?
1) 1 - polul nord; 2 - sud
2) 1 - sudic; 2 - polul nord
3) atât 1, cât și 2 - la polul nord
4) atât 1 cât și 2 - la polul sud
Soluţie.
Deoarece liniile magnetice sunt închise, polii nu pot fi atât la sud, cât și la nord. Litera N (Nord) indică polul nord, S (Sud) sudul. Polul Nord este atras de Polul Sud. Prin urmare, regiunea 1 este polul sud, regiunea 2 este polul nord.
Tema acestei lecții va fi câmpul magnetic și reprezentarea lui grafică. Vom discuta despre câmpul magnetic neuniform și uniform. Mai întâi, să definim câmpul magnetic, să vă spunem cu ce este asociat și ce proprietăți are. Să învățăm cum să-l descriem pe grafice. Vom afla, de asemenea, cum este determinat un câmp magnetic neuniform și omogen.
Astăzi vom repeta în primul rând ce este un câmp magnetic. Un câmp magnetic - un câmp de forță care se formează în jurul unui conductor prin care trece curentul electric. Este asociat cu sarcinile de mișcare.
Acum este necesar să notăm proprietățile câmpului magnetic. Știți că taxa are mai multe câmpuri asociate cu ea. În special, câmpul electric. Dar vom discuta tocmai despre câmpul magnetic creat de sarcinile în mișcare. Un câmp magnetic are mai multe proprietăți. Primul: câmpul magnetic este creat prin mișcarea sarcinilor electrice. Cu alte cuvinte, se formează un câmp magnetic în jurul unui conductor prin care trece curentul electric. Următoarea proprietate care spune cum este determinat câmpul magnetic. Este determinată de efectul asupra unei alte sarcini electrice în mișcare. Sau, spun ei, la un curent electric diferit. Putem determina prezența unui câmp magnetic prin efectul asupra acului busolei, asupra așa-numitului. ac magnetic.
O alta proprietate: câmpul magnetic exercită forță. Prin urmare, ei spun că câmpul magnetic este material.
Aceste trei proprietăți sunt semnele distinctive ale unui câmp magnetic. După ce am decis ce este un câmp magnetic și am determinat proprietățile unui astfel de câmp, este necesar să spunem cum este studiat câmpul magnetic. În primul rând, câmpul magnetic este studiat folosind un cadru purtător de curent. Dacă luăm un conductor, facem un cadru rotund sau pătrat din acest conductor și trecem un curent electric prin acest cadru, atunci într-un câmp magnetic acest cadru se va roti într-un anumit fel.
Orez. 1. Cadrul purtător de curent se rotește într-un câmp magnetic extern
După modul în care acest cadru se rotește, putem judeca camp magnetic. Doar aici există o condiție importantă: cadrul trebuie să fie foarte mic sau să aibă dimensiuni foarte mici în comparație cu distanțele la care studiem câmpul magnetic. Un astfel de cadru se numește circuit de curent.
De asemenea, putem studia câmpul magnetic folosind ace magnetice, plasându-le într-un câmp magnetic și observându-le comportamentul.
Orez. 2. Efectul unui câmp magnetic asupra acelor magnetice
Următorul lucru despre care vom vorbi este cum să reprezentăm un câmp magnetic. Ca rezultat al cercetărilor care au fost efectuate de-a lungul timpului, a devenit clar că câmpul magnetic poate fi reprezentat convenabil folosind linii magnetice. A observa linii magnetice, hai să facem un experiment. Pentru experimentul nostru vom avea nevoie de un magnet permanent, pilitură metalică de fier, sticlă și o foaie de hârtie albă.
Orez. 3. Pilitura de fier se aliniază de-a lungul liniilor câmpului magnetic
Acoperiți magnetul cu o placă de sticlă, iar deasupra puneți o foaie de hârtie, o foaie de hârtie albă. Presărați pilitură de fier deasupra unei foi de hârtie. Ca rezultat, veți vedea cum apar liniile câmpului magnetic. Ceea ce vom vedea sunt liniile de câmp magnetic ale unui magnet permanent. Ele sunt uneori numite și spectrul liniilor magnetice. Observați că liniile există în toate cele trei direcții, nu doar în plan.
Linie magnetică- o linie imaginară de-a lungul căreia s-ar alinia axele acelor magnetice.
Orez. 4. Reprezentarea schematică a unei linii magnetice
Uite, figura arată următoarele: linia este curbă, direcția liniei magnetice este determinată de direcția săgeții magnetice. Direcția este indicată de polul nord al acului magnetic. Este foarte convenabil să descrii linii folosind săgeți.
Orez. 5. Cum este indicată direcția liniilor câmpului?
Acum să vorbim despre proprietățile liniilor magnetice. În primul rând, liniile magnetice nu au nici început, nici sfârșit. Acestea sunt linii închise. Deoarece liniile magnetice sunt închise, atunci nu există sarcini magnetice.
Al doilea: acestea sunt linii care nu se intersectează, nu sunt întrerupte, nu se răsucesc in orice fel. Cu ajutorul liniilor magnetice, putem caracteriza câmpul magnetic, ne imaginăm nu numai forma, ci și vorbim despre efectul forței. Dacă înfățișăm o densitate mai mare a unor astfel de linii, atunci în acest loc, în acest punct din spațiu, vom avea o acțiune de forță mai mare.
Dacă liniile sunt paralele între ele, densitatea lor este aceeași, atunci în acest caz spun că câmpul magnetic este uniform. Dacă, dimpotrivă, aceasta nu este îndeplinită, adică. densitatea este diferită, liniile sunt curbe, atunci un astfel de câmp va fi numit eterogen. La sfârșitul lecției, aș dori să vă atrag atenția asupra următoarelor desene.
Orez. 6. Câmp magnetic neomogen
În primul rând, acum știm deja asta linii magnetice poate fi reprezentat prin săgeți. Iar figura reprezintă tocmai un câmp magnetic neuniform. Densitatea este diferită în diferite locuri, ceea ce înseamnă că efectul de forță al acestui câmp asupra acului magnetic va fi diferit.
Figura următoare prezintă un câmp omogen. Liniile sunt îndreptate într-o singură direcție, iar densitatea lor este aceeași.
Orez. 7. Câmp magnetic uniform
Un câmp magnetic uniform este un câmp care apare în interiorul unei bobine cu un număr mare de spire sau în interiorul unui magnet cu bară dreaptă. Câmpul magnetic din afara unui magnet de bandă, sau ceea ce am observat astăzi în clasă, este un câmp neuniform. Pentru a înțelege pe deplin toate acestea, să ne uităm la tabel.
Lista literaturii suplimentare:
Belkin I.K. Câmpuri electrice și magnetice // Quantum. - 1984. - Nr 3. - P. 28-31. Kikoin A.K. De unde vine magnetismul? // Quantum. - 1992. - Nr 3. - P. 37-39.42 Leenson I. Misterele acului magnetic // Quantum. - 2009. - Nr. 3. - P. 39-40. Manual de fizică elementară. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974
Utilizarea testelor în lecții face posibilă realizarea reală a individualizării și diferențierii învățării; introducerea în timp util a muncii corecționale în procesul de predare; să evalueze și să gestioneze în mod fiabil calitatea formării. Testele propuse pe tema „Câmp magnetic” conțin 10 sarcini.
Testul nr. 1
1. Un magnet creează un câmp magnetic în jurul său. Unde va fi efectul acestui câmp cel mai puternic?
A. Lângă polii unui magnet.
B. În centrul magnetului.
B. Acțiunea câmpului magnetic se manifestă uniform în fiecare punct al magnetului.
Răspuns corect: A.
2. Este posibil să folosiți o busolă pe Lună pentru orientare?
A. Nu poți.
B. Este posibil.
B. Se poate, dar numai pe câmpie.
Răspuns corect: A.
3. În ce condiție apare un câmp magnetic în jurul unui conductor?
A. Când într-un conductor apare un curent electric.
B. Când conductorul este pliat în jumătate.
B. Când conductorul este încălzit.
Răspuns corect: A.
A. Sus.
B. Jos.
B. La dreapta.
G. La stânga.
Raspuns corect: B.
5. Indicați proprietatea fundamentală a câmpului magnetic?
A. Liniile sale de forță au întotdeauna surse: ele încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative.
B. Câmpul magnetic nu are surse. Nu există încărcături magnetice în natură.
B. Liniile sale de forță au întotdeauna surse: ele încep pe sarcini negative și se termină pe cele pozitive.
Raspuns corect: B.
6.Selectați o imagine care arată un câmp magnetic.
Răspuns corect: Fig. 2
7. Curentul curge printr-un inel de sârmă. Indicați direcția vectorului de inducție magnetică.
A. Jos.
B. Sus.
B. La dreapta.
Raspuns corect: B.
8. Cum se comportă bobinele cu miez prezentate în figură?
A. Nu interacționează.
B. Întoarce-te.
B. Se împing.
Răspuns corect: A.
9. Miezul de fier a fost scos din bobina purtătoare de curent. Cum se va schimba modelul de inducție magnetică?
A. Densitatea liniilor magnetice va crește de multe ori.
B. Densitatea liniilor magnetice va scădea de multe ori.
B. Modelul liniilor magnetice nu se va schimba.
Raspuns corect: B.
10. Cum se pot schimba polii unei bobine magnetice cu curent?
A. Introduceți miezul în bobină.
B. Schimbați direcția curentului din bobină.
B. Opriți sursa de alimentare.
D. Creșteți curentul.
Raspuns corect: B.
Testul nr. 2
1. În Islanda și Franța, busola marină a început să fie folosită în secolele al XII-lea și al XIII-lea. O bară magnetică a fost fixată în centrul unei cruci de lemn, apoi această structură a fost pusă în apă, iar crucea, întorcându-se, a fost instalată în direcția nord-sud. Ce pol se va întoarce bara magnetică către polul magnetic nord al Pământului?
A. de nord.
B. Sud.
Raspuns corect: B.
2. Ce substanță nu este deloc atrasă de un magnet?
A. Fier.
B. Nichel.
B. Sticla.
Raspuns corect: B.
3. Un fir izolat este așezat în interiorul acoperirii peretelui. Cum să localizați firele fără a deranja acoperirea peretelui?
A. Aduceți acul magnetic pe perete. Conductorul cu curent și săgeata vor interacționa.
B. Iluminați pereții. O creștere a luminii va indica locația firului.
B. Locația firului nu poate fi determinată fără a sparge învelișul peretelui.
Răspuns corect: A.
4. Figura arată locația acului magnetic. Care este direcția vectorului de inducție magnetică în punctul A?
A. Jos.
B. Sus.
B. La dreapta.
G. La stânga.
Răspuns corect: A.
5. Care este particularitatea liniilor de inducție magnetică?
A. Liniile de inducție magnetică încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative.
B. Liniile nu au nici început, nici sfârșit. Sunt întotdeauna închise.
Raspuns corect: B.
6. Conductorul purtător de curent este situat perpendicular pe plan. În ce figură sunt arătate corect liniile de inducție magnetică?
Fig.1 Fig.2 Fig.3 Fig.4
Răspuns corect: orez. 4.
7. Curentul curge printr-un inel de sârmă. Indicați direcția curentului dacă vectorul de inducție magnetică este îndreptat în sus.
A. În sens invers acelor de ceasornic.
B. În sensul acelor de ceasornic.
Răspuns corect: A.
8. Determinați natura interacțiunii bobinelor prezentate în figură.
A. Sunt atrași.
B. Se împing.
B. Nu interacționează.
Raspuns corect: B.
9. Cadrul cu curent în câmpul magnetic se rotește. Ce dispozitiv folosește acest fenomen?
A. Disc laser.
B. Ampermetru.
B. Electromagnet.
Raspuns corect: B.
10. De ce se rotește un cadru purtător de curent plasat între polii unui magnet permanent?
A. Datorită interacțiunii câmpurilor magnetice ale cadrului și magnetului.
B. Datorita actiunii campului electric al cadrului asupra magnetului.
B. Datorită efectului câmpului magnetic al magnetului asupra sarcinii din bobină.
Răspuns corect: A.
Literatură: Fizică. Clasa a VIII-a: manual pentru acte de invatamant general / A.V. Peryshkin. - Dropia, 2006.
Din cursul tău de fizică de clasa a VIII-a, știi că un câmp magnetic este generat de un curent electric. Există, de exemplu, în jurul unui conductor metalic care transportă curent. În acest caz, curentul este creat de electronii care se deplasează direcțional de-a lungul conductorului. Un câmp magnetic apare și atunci când un curent trece printr-o soluție de electrolit, unde purtătorii de sarcină sunt ioni încărcați pozitiv și negativ care se deplasează unul spre celălalt.
Deoarece curentul electric este mișcarea direcționată a particulelor încărcate, putem spune că un câmp magnetic este creat prin mișcarea particulelor încărcate, atât pozitive, cât și negative.
Să ne amintim că, conform ipotezei lui Ampere, curenții inelari apar în atomi și molecule de materie ca urmare a mișcării electronilor.
Figura 85 arată că la magneții permanenți acești curenți inelari elementari sunt orientați în același mod. Prin urmare, câmpurile magnetice formate în jurul fiecărui astfel de curent au aceleași direcții. Aceste câmpuri se întăresc reciproc, creând un câmp în și în jurul magnetului.
Orez. 85. Ilustrarea ipotezei lui Ampere
Pentru a reprezenta vizual câmpul magnetic, se folosesc linii magnetice (se mai numesc și linii de câmp magnetic) 1. Să ne amintim că liniile magnetice sunt linii imaginare de-a lungul cărora ar fi amplasate mici săgeți magnetice, plasate într-un câmp magnetic.
O linie magnetică poate fi trasă prin orice punct din spațiu în care există un câmp magnetic.
Figura 86 arată că o linie magnetică (atât dreaptă, cât și curbă) este trasată astfel încât în orice punct al acestei linii tangenta la aceasta să coincidă cu axa acului magnetic plasat în acest punct.
Orez. 86. În orice punct al unei linii magnetice, tangenta la aceasta coincide cu axa acului magnetic plasat în acest punct
Liniile magnetice sunt închise. De exemplu, modelul liniilor magnetice ale unui conductor drept care poartă curent este format din cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe conductor.
Din figura 86 este clar că direcția liniei magnetice în orice punct este convențional luată ca fiind direcția indicată de polul nord al acului magnetic plasat în acest punct.
În acele zone ale spațiului în care câmpul magnetic este mai puternic, liniile magnetice sunt apropiate unele de altele, adică mai dense decât în acele locuri în care câmpul este mai slab. De exemplu, câmpul prezentat în Figura 87 este mai puternic în stânga decât în dreapta.
Orez. 87. Liniile magnetice sunt mai aproape unele de altele în locurile în care câmpul magnetic este mai puternic
Astfel, din modelul liniilor magnetice se poate judeca nu numai direcția, ci și mărimea câmpului magnetic (adică în ce puncte din spațiu câmpul acționează asupra acului magnetic cu o forță mai mare și în care cu mai puțină).
Să luăm în considerare imaginea liniilor de câmp magnetic ale unui magnet cu bandă permanentă (Fig. 88). De la cursul tău de fizică de clasa a VIII-a, știi că liniile magnetice părăsesc polul nord al unui magnet și intră în polul sud. În interiorul magnetului ele sunt direcționate de la polul sud spre nord. Liniile magnetice nu au nici început, nici sfârșit: fie sunt închise, fie, ca linia de mijloc din figură, merg de la infinit la infinit.
Orez. 88. Imagine a câmpului magnetic al unui magnet cu bandă permanentă
Orez. 89. Liniile magnetice ale unui câmp magnetic creat de un conductor drept care transportă curent
În afara unui magnet, liniile magnetice sunt localizate cel mai dens la polii acestuia. Aceasta înseamnă că câmpul este cel mai puternic lângă poli și, pe măsură ce se îndepărtează de poli, acesta slăbește. Cu cât acul magnetic este mai aproape de polul magnetului, cu atât mai mare este forța pe care câmpul magnetic acționează asupra acestuia. Deoarece liniile magnetice sunt curbe, direcția forței cu care acționează câmpul asupra săgeții se schimbă și de la un punct la altul.
Astfel, forța cu care câmpul unui magnet de bandă acționează asupra unui ac magnetic plasat în acest câmp poate fi diferită în diferite puncte ale câmpului, atât ca mărime, cât și ca direcție.
Un astfel de câmp se numește neomogen. Liniile unui câmp magnetic neuniform sunt curbe, densitatea lor variază de la un punct la altul.
Un alt exemplu de câmp magnetic neuniform este câmpul din jurul unui conductor drept care transportă curent. Figura 89 prezintă o secțiune a unui astfel de conductor situat perpendicular pe planul desenului. Cercul indică secțiunea transversală a conductorului. Punctul înseamnă că curentul este direcționat din spatele desenului către noi, de parcă am vedea vârful unei săgeți care indică direcția curentului (curentul direcționat de la noi în spatele desenului este indicat de o cruce, ca și cum am vedea coada a unei săgeţi îndreptată de-a lungul curentului).
Din această figură este clar că liniile de câmp magnetic create de un conductor drept care transportă curent sunt cercuri concentrice, distanța dintre care crește cu distanța de la conductor.
Într-o anumită regiune limitată a spațiului, este posibil să se creeze un câmp magnetic uniform, adică un câmp în orice punct al cărui forță asupra acului magnetic este aceeași ca mărime și direcție.
Figura 90 prezintă câmpul magnetic care apare în interiorul unui solenoid - o bobină de sârmă cilindrică cu curent. Câmpul din interiorul solenoidului poate fi considerat uniform dacă lungimea solenoidului este semnificativ mai mare decât diametrul acestuia (în afara solenoidului câmpul este neuniform, liniile sale magnetice sunt situate aproximativ la fel ca cele ale unui magnet de bandă). Din această figură se poate observa că liniile magnetice ale unui câmp magnetic uniform sunt paralele între ele și situate cu aceeași densitate.
Orez. 90. Câmp magnetic al solenoidului
Câmpul din interiorul magnetului cu bandă permanentă din partea sa centrală este, de asemenea, uniform (vezi Fig. 88).
Pentru a vizualiza un câmp magnetic, utilizați următoarea tehnică. Dacă liniile unui câmp magnetic uniform sunt situate perpendicular pe planul desenului și îndreptate departe de noi dincolo de desen, atunci ele sunt reprezentate cu cruci (Fig. 91, a), iar dacă din spatele desenului spre noi, atunci cu puncte (Fig. 91, b). Ca și în cazul curentului, fiecare cruce este ca coada vizibilă a unei săgeți care zboară departe de noi, iar punctul este vârful unei săgeți care zboară spre noi (în ambele figuri direcția săgeților coincide cu direcția magnetică). linii).
Orez. 91. Liniile de câmp magnetic îndreptate perpendicular pe planul desenului: a - de la observator; b - către observator
Întrebări
- Care este sursa câmpului magnetic?
- Ce creează câmpul magnetic al unui magnet permanent?
- Ce sunt liniile magnetice? Ce se ia pentru direcția lor în orice moment?
- Cum sunt acele magnetice situate într-un câmp magnetic ale cărui linii sunt drepte? curbiliniu?
- 0 ce se poate judeca din modelul liniilor de câmp magnetic?
- Ce fel de câmp magnetic - omogen sau neomogen - se formează în jurul magnetului de bandă; în jurul unui conductor drept care transportă curent; în interiorul unui solenoid a cărui lungime este semnificativ mai mare decât diametrul său?
- Ce se poate spune despre mărimea și direcția forței care acționează asupra acului magnetic în diferite puncte ale câmpului magnetic neomogen; câmp magnetic uniform?
- Care este diferența dintre locația liniilor magnetice în câmpuri magnetice neomogene și omogene?
Exercițiul 31
1 În § 37 se va da o denumire și o definiție mai precisă a acestor linii.
