Katalóg úloh.
Úlohy D13. Magnetické pole. Elektromagnetická indukcia

Triedenie Základné Prvé jednoduché Prvé zložité Obľúbenosť Prvé nové Prvé staré
Vykonajte testy na tieto úlohy
Návrat do katalógu úloh
Verzia pre tlač a kopírovanie v MS Word

Elektrický prúd prechádzal svetlovodivým rámom umiestneným medzi pólmi podkovovitého magnetu, ktorého smer je na obrázku označený šípkami.

Riešenie.

Magnetické pole bude smerovať od severného pólu magnetu na juh (kolmo na stranu AB rámu). Na strany rámu s prúdom pôsobí ampérová sila, ktorej smer je určený pravidlom ľavej ruky a veľkosť sa rovná tomu, kde je sila prúdu v ráme, je veľkosť magnetickej indukcie magnetického poľa, je dĺžka zodpovedajúcej strany rámu, je sínus uhla medzi vektorom magnetickej indukcie a smerom prúdu . Na strane AB rámu a na strane rovnobežnej s ním budú teda pôsobiť sily rovnakej veľkosti, ale opačného smeru: na ľavej strane „od nás“ a na pravej strane „na nás“. Sily nebudú pôsobiť na zvyšné strany, pretože prúd v nich tečie rovnobežne so siločiarami. Rám sa teda pri pohľade zhora začne otáčať v smere hodinových ručičiek.

Pri otáčaní sa bude meniť smer sily a v momente, keď sa rám otočí o 90°, krútiaci moment zmení smer, takže sa rám nebude ďalej otáčať. Rám bude v tejto polohe nejaký čas oscilovať a potom skončí v polohe znázornenej na obrázku 4.

odpoveď: 4

Zdroj: Štátna fyzikálna akadémia. Hlavná vlna. Možnosť 1313.

Cievkou preteká elektrický prúd, ktorého smer je znázornený na obrázku. Zároveň na koncoch železného jadra cievky

1) sú vytvorené magnetické póly: na konci 1 - severný pól; na konci 2 - južný

2) sú vytvorené magnetické póly: na konci 1 - južný pól; na konci 2 - severný

3) elektrické náboje sa hromadia: na konci 1 - záporný náboj; na konci je 2 pozitívny

4) elektrické náboje sa hromadia: na konci 1 - kladný náboj; na konci 2 - negatívne

Riešenie.

Keď sa nabité častice pohybujú, vždy vzniká magnetické pole. Na určenie smeru vektora magnetickej indukcie použijeme pravidlo pravej ruky: prsty nasmerujeme po prúdovej čiare, potom ohnutý palec naznačí smer vektora magnetickej indukcie. Magnetické indukčné čiary sú teda nasmerované z konca 1 na koniec 2. Magnetické siločiary vstupujú do južného magnetického pólu a vychádzajú zo severu.

Správna odpoveď je uvedená pod číslom 2.

Poznámka.

Vo vnútri magnetu (cievky) smerujú siločiary magnetického poľa od južného pólu k severnému pólu.

odpoveď: 2

Zdroj: Štátna fyzikálna akadémia. Hlavná vlna. Možnosť 1326., OGE-2019. Hlavná vlna. Možnosť 54416

Obrázok ukazuje obrázok magnetických siločiar z dvoch pásových magnetov získaných pomocou železných pilín. Súdiac podľa umiestnenia magnetickej ihly, ktoré póly pásikových magnetov zodpovedajú oblastiam 1 a 2?

1) 1 - severný pól; 2 - juh

2) 1 - južná; 2 - severný pól

3) 1 aj 2 - na severný pól

4) 1 aj 2 - na južný pól

Riešenie.

Keďže magnetické čiary sú uzavreté, póly nemôžu byť súčasne na juhu aj na severe. Písmeno N (North) označuje severný pól, S (South) južný. Severný pól priťahuje južný pól. Preto oblasť 1 je južný pól, oblasť 2 je severný pól.

Témou tejto hodiny bude magnetické pole a jeho grafické znázornenie. Budeme diskutovať o nerovnomernom a rovnomernom magnetickom poli. Najprv si definujme magnetické pole, povedzme si, s čím je spojené a aké má vlastnosti. Poďme sa naučiť, ako to znázorniť na grafoch. Dozvieme sa tiež, ako sa určuje nerovnomerné a homogénne magnetické pole.

Dnes si najskôr zopakujeme, čo je magnetické pole. Magnetické pole - silové pole, ktoré sa tvorí okolo vodiča, ktorým preteká elektrický prúd. Je spojená s pohyblivými nábojmi.

Teraz je potrebné poznamenať vlastnosti magnetického poľa. Viete, že poplatok má niekoľko polí spojených s ním. Najmä elektrické pole. Ale budeme diskutovať presne o magnetickom poli, ktoré vzniká pohybom nábojov. Magnetické pole má niekoľko vlastností. Najprv: magnetické pole vzniká pohybom elektrických nábojov. Inými slovami, magnetické pole sa vytvára okolo vodiča, ktorým preteká elektrický prúd. Ďalšia vlastnosť, ktorá hovorí, ako sa určuje magnetické pole. Je určená účinkom na iný pohybujúci sa elektrický náboj. Alebo, hovoria, na iný elektrický prúd. Prítomnosť magnetického poľa vieme určiť pôsobením na strelku kompasu, na tzv. magnetická ihla.

Ďalšia nehnuteľnosť: magnetické pole pôsobí silou. Preto sa hovorí, že magnetické pole je hmotné.

Tieto tri vlastnosti sú charakteristickými znakmi magnetického poľa. Potom, čo sme sa rozhodli, čo je magnetické pole a určili sme vlastnosti takéhoto poľa, je potrebné povedať, ako sa magnetické pole študuje. V prvom rade sa magnetické pole študuje pomocou rámu s prúdom. Ak zoberieme vodič, z tohto vodiča urobíme okrúhly alebo štvorcový rám a cez tento rám prepustíme elektrický prúd, tak sa tento rám v magnetickom poli bude určitým spôsobom otáčať.

Ryža. 1. Rám s prúdom sa otáča vo vonkajšom magnetickom poli

Podľa toho, ako sa tento rám otáča, môžeme posúdiť magnetické pole. Len tu platí jedna dôležitá podmienka: rám musí byť veľmi malý alebo musí mať veľmi malú veľkosť v porovnaní so vzdialenosťami, v ktorých študujeme magnetické pole. Takýto rámec sa nazýva prúdový obvod.

Magnetické pole môžeme študovať aj pomocou magnetických ihiel, ich umiestnením do magnetického poľa a pozorovaním ich správania.

Ryža. 2. Vplyv magnetického poľa na magnetické ihly

Ďalšia vec, o ktorej si povieme, je, ako znázorniť magnetické pole. Výsledkom výskumu, ktorý sa uskutočňoval po dlhú dobu, sa ukázalo, že magnetické pole možno pohodlne znázorniť pomocou magnetických čiar. Pozorovať magnetické čiary, urobme jeden experiment. Na náš experiment budeme potrebovať permanentný magnet, kovové piliny, sklo a list bieleho papiera.

Ryža. 3. Železné piliny sú usporiadané pozdĺž magnetických siločiar

Magnet prikryte sklenenou doskou a na vrch položte list papiera, biely list papiera. Na vrch listu papiera posypte železné piliny. V dôsledku toho uvidíte, ako sa objavia magnetické siločiary. Čo uvidíme, sú siločiary magnetického poľa permanentného magnetu. Niekedy sa nazývajú aj spektrum magnetických čiar. Všimnite si, že čiary existujú vo všetkých troch smeroch, nielen v rovine.

Magnetická čiara- pomyselná čiara, pozdĺž ktorej by boli zoradené osi magnetických ihiel.

Ryža. 4. Schematické znázornenie magnetickej čiary

Pozrite, obrázok ukazuje nasledovné: čiara je zakrivená, smer magnetickej čiary je určený smerom magnetickej šípky. Smer je označený severným pólom magnetickej strelky. Je veľmi vhodné znázorniť čiary pomocou šípok.

Ryža. 5. Ako je vyznačený smer siločiar?

Teraz si povedzme niečo o vlastnostiach magnetických čiar. Po prvé, magnetické čiary nemajú začiatok ani koniec. Toto sú uzavreté línie. Pretože magnetické čiary sú uzavreté, neexistujú žiadne magnetické náboje.

Po druhé: sú to línie, ktoré sa nepretínajú, neprerušujú, nekrútia akýmkoľvek spôsobom. Pomocou magnetických čiar vieme charakterizovať magnetické pole, predstaviť si nielen jeho tvar, ale aj hovoriť o silovom účinku. Ak znázorníme väčšiu hustotu takýchto čiar, potom na tomto mieste, v tomto bode priestoru, budeme mať väčšie silové pôsobenie.

Ak sú čiary navzájom rovnobežné, ich hustota je rovnaká, potom to v tomto prípade hovoria magnetické pole je rovnomerné. Ak to naopak nie je splnené, t.j. hustota je iná, čiary sú zakrivené, potom sa takéto pole bude nazývať heterogénne. Na konci lekcie by som vás chcel upozorniť na nasledujúce kresby.

Ryža. 6. Nehomogénne magnetické pole

Po prvé, teraz to už vieme magnetické čiary môžu byť znázornené šípkami. A obrázok predstavuje presne nerovnomerné magnetické pole. Hustota je na rôznych miestach rôzna, čo znamená, že silový účinok tohto poľa na magnetickú ihlu bude rôzny.

Nasledujúci obrázok ukazuje homogénne pole. Čiary sú nasmerované jedným smerom a ich hustota je rovnaká.

Ryža. 7. Rovnomerné magnetické pole

Rovnomerné magnetické pole je pole, ktoré sa vyskytuje vo vnútri cievky s veľkým počtom závitov alebo vo vnútri priameho tyčového magnetu. Magnetické pole mimo pásového magnetu alebo to, čo sme dnes pozorovali v triede, je nerovnomerné pole. Aby sme to všetko úplne pochopili, pozrime sa na tabuľku.

Zoznam doplnkovej literatúry:

Belkin I.K. Elektrické a magnetické polia // Kvantové. - 1984. - Číslo 3. - S. 28-31. Kikoin A.K. Odkiaľ pochádza magnetizmus? // Kvantové. - 1992. - č. 3. - S. 37-39.42 Leenson I. Záhady magnetickej ihly // Quantum. - 2009. - č. 3. - S. 39-40. Učebnica elementárnej fyziky. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974

Použitie testov na vyučovacích hodinách umožňuje realizovať skutočnú individualizáciu a diferenciáciu učenia; zaviesť do vyučovacieho procesu včasné nápravné práce; spoľahlivo posúdiť a riadiť kvalitu školenia. Navrhované testy na tému „Magnetické pole“ obsahujú 10 úloh.

Test č.1

1. Magnet vytvára okolo seba magnetické pole. Kde bude účinok tohto poľa najsilnejší?

A. V blízkosti pólov magnetu.
B. V strede magnetu.
B. Pôsobenie magnetického poľa sa prejavuje rovnomerne v každom bode magnetu.

Správna odpoveď: A.

2. Je možné použiť na orientáciu kompas na Mesiaci?

A. Nemôžete.
B. Je to možné.
B. Dá sa, ale len na rovinách.

Správna odpoveď: A.

3. Za akých podmienok sa okolo vodiča objaví magnetické pole?

A. Keď sa vo vodiči vyskytne elektrický prúd.
B. Keď je vodič zložený na polovicu.
B. Keď je vodič zahriaty.

Správna odpoveď: A.

A. Hore.
B. Dole.
B. Vpravo.
G. Doľava.

Správna odpoveď: B.

5. Označte základnú vlastnosť magnetického poľa?

A. Jeho siločiary majú vždy svoje zdroje: začínajú na kladných nábojoch a končia na záporných.
B. Magnetické pole nemá žiadne zdroje. V prírode neexistujú žiadne magnetické náboje.
B. Jeho siločiary majú vždy zdroje: začínajú na záporných nábojoch a končia na kladných.

Správna odpoveď: B.

6. Vyberte obrázok, ktorý zobrazuje magnetické pole.

Správna odpoveď: Obr. 2

7. Prúd preteká drôteným krúžkom. Označte smer vektora magnetickej indukcie.

Dole.
B. Hore.
B. Vpravo.

Správna odpoveď: B.

8. Ako sa správajú cievky s jadrami znázornené na obrázku?

A. Neinteragujú.
B. Otočte sa.
B. Odtláčajú sa.

Správna odpoveď: A.

9. Železné jadro bolo odstránené z cievky s prúdom. Ako sa zmení vzor magnetickej indukcie?

A. Hustota magnetických čiar sa mnohonásobne zvýši.
B. Hustota magnetických čiar sa mnohonásobne zníži.
B. Vzor magnetických čiar sa nezmení.

Správna odpoveď: B.

10. Ako sa dajú meniť póly magnetickej cievky s prúdom?

A. Vložte jadro do cievky.
B. Zmeňte smer prúdu v cievke.
B. Vypnite zdroj napájania.

D. Zvýšte prúd.

Správna odpoveď: B.

Test č.2

1. Na Islande a vo Francúzsku sa námorný kompas začal používať v 12. a 13. storočí. V strede dreveného kríža bola upevnená magnetická tyč, potom bola táto konštrukcia umiestnená do vody a kríž, ktorý sa otáčal, bol inštalovaný v smere sever-juh. Ktorý pól otočí magnetická tyč k severnému magnetickému pólu Zeme?

A. Severná.
B. Southern.

Správna odpoveď: B.

2. Akú látku magnet vôbec nepriťahuje?

A. Železo.
B. Nikel.
B. Sklo.

Správna odpoveď: B.

3. Vo vnútri obkladu steny je položený izolovaný drôt. Ako nájsť vodiče bez narušenia obloženia steny?

A. Prineste magnetickú ihlu k stene. Vodič s prúdom a šípka budú vzájomne pôsobiť.
B. Osvetlite steny. Nárast svetla bude indikovať umiestnenie drôtu.
B. Umiestnenie drôtu nie je možné určiť bez porušenia obloženia steny.

Správna odpoveď: A.

4. Obrázok znázorňuje umiestnenie magnetickej strelky. Aký je smer vektora magnetickej indukcie v bode A?

Dole.
B. Hore.
B. Vpravo.
G. Doľava.

Správna odpoveď: A.

5. Aká je zvláštnosť magnetických indukčných čiar?

A. Magnetické indukčné čiary začínajú na kladných nábojoch a končia na záporných.
B. Čiary nemajú začiatok ani koniec. Vždy sú zatvorené.

Správna odpoveď: B.

6. Vodič s prúdom je umiestnený kolmo na rovinu. Na ktorom obrázku sú správne znázornené čiary magnetickej indukcie?

Obr.1 Obr.2 Obr.3 Obr.4

Správna odpoveď: ryža. 4.

7. Prúd preteká drôteným krúžkom. Uveďte smer prúdu, ak vektor magnetickej indukcie smeruje nahor.

A. Proti smeru hodinových ručičiek.
B. V smere hodinových ručičiek.

Správna odpoveď: A.

8. Určte povahu interakcie cievok znázornených na obrázku.

A. Sú priťahovaní.
B. Odtláčajú sa.
B. Neinteragujú.

Správna odpoveď: B.

9. Rám s prúdom v magnetickom poli sa otáča. Aké zariadenie využíva tento jav?

A. Laserový disk.
B. Ampérmeter.
B. Elektromagnet.

Správna odpoveď: B.

10. Prečo sa rám s prúdom umiestnený medzi pólmi permanentného magnetu otáča?

A. V dôsledku interakcie magnetických polí rámu a magnetu.
B. Pôsobením elektrického poľa rámu na magnet.

B. Vplyvom magnetického poľa magnetu na náboj v cievke.

Správna odpoveď: A.

Literatúra: fyzika. 8. ročník: učebnica všeobecnovzdelávacích dokumentov / A.V. Peryshkin. - Drop, 2006.

Z fyzikálneho kurzu v 8. ročníku viete, že magnetické pole je generované elektrickým prúdom. Existuje napríklad okolo kovového vodiča prenášajúceho prúd. V tomto prípade je prúd vytvorený smerovým pohybom elektrónov pozdĺž vodiča. Magnetické pole vzniká aj pri prechode prúdu cez roztok elektrolytu, kde nosičmi náboja sú kladne a záporne nabité ióny pohybujúce sa k sebe.

Keďže elektrický prúd je usmernený pohyb nabitých častíc, môžeme povedať, že magnetické pole vzniká pohybom nabitých častíc, kladných aj záporných.

Pripomeňme si, že podľa Amperovej hypotézy vznikajú kruhové prúdy v atómoch a molekulách hmoty v dôsledku pohybu elektrónov.

Obrázok 85 ukazuje, že v permanentných magnetoch sú tieto elementárne prstencové prúdy orientované rovnakým spôsobom. Preto magnetické polia vytvorené okolo každého takéhoto prúdu majú rovnaký smer. Tieto polia sa navzájom posilňujú a vytvárajú pole v magnete a okolo neho.

Ryža. 85. Ilustrácia Ampérovej hypotézy

Na vizuálne znázornenie magnetického poľa sa používajú magnetické čiary (nazývajú sa tiež magnetické siločiary) 1. Pripomeňme si, že magnetické čiary sú imaginárne čiary, pozdĺž ktorých by boli umiestnené malé magnetické šípky umiestnené v magnetickom poli.

Magnetická čiara môže byť vedená cez akýkoľvek bod v priestore, v ktorom existuje magnetické pole.

Obrázok 86 ukazuje, že magnetická čiara (rovná aj zakrivená) je nakreslená tak, že v ktoromkoľvek bode tejto čiary sa jej dotyčnica zhoduje s osou magnetickej strelky umiestnenej v tomto bode.

Ryža. 86. V ktoromkoľvek bode magnetickej priamky sa dotyčnica k nej zhoduje s osou magnetickej strelky umiestnenej v tomto bode

Magnetické čiary sú uzavreté. Napríklad vzor magnetických čiar priameho vodiča s prúdom pozostáva zo sústredných kružníc ležiacich v rovine kolmej na vodič.

Z obrázku 86 je zrejmé, že smer magnetickej čiary v ktoromkoľvek bode sa bežne považuje za smer označený severným pólom magnetickej strelky umiestnenej v tomto bode.

V tých oblastiach vesmíru, kde je magnetické pole silnejšie, sú magnetické čiary nakreslené bližšie k sebe, teda hustejšie, ako v tých miestach, kde je pole slabšie. Napríklad pole zobrazené na obrázku 87 je silnejšie vľavo ako vpravo.

Ryža. 87. Magnetické čiary sú bližšie k sebe v miestach, kde je magnetické pole silnejšie

Zo vzoru magnetických čiar teda možno usúdiť nielen smer, ale aj veľkosť magnetického poľa (t. j. v ktorých bodoch v priestore pole pôsobí na magnetickú ihlu väčšou silou a v ktorých menšou).

Zoberme si obrázok magnetických siločiar permanentného pásového magnetu (obr. 88). Z vášho kurzu fyziky v 8. ročníku viete, že magnetické čiary opúšťajú severný pól magnetu a vstupujú do južného pólu. Vo vnútri magnetu sú nasmerované z južného pólu na sever. Magnetické čiary nemajú začiatok ani koniec: sú buď uzavreté, alebo, ako stredná čiara na obrázku, idú od nekonečna do nekonečna.

Ryža. 88. Obrázok magnetického poľa permanentného pásového magnetu

Ryža. 89. Magnetické čiary magnetického poľa vytvorené priamym vodičom, ktorým prechádza prúd

Mimo magnetu sú magnetické čiary najhustejšie umiestnené na jeho póloch. To znamená, že pole je najsilnejšie v blízkosti pólov a keď sa vzďaľuje od pólov, oslabuje sa. Čím bližšie je magnetická strelka k pólu magnetu, tým väčšia sila na ňu magnetické pole pôsobí. Keďže magnetické čiary sú zakrivené, mení sa z bodu na bod aj smer sily, ktorou pole pôsobí na šípku.

Sila, ktorou pole pásového magnetu pôsobí na magnetickú ihlu umiestnenú v tomto poli, môže byť teda v rôznych bodoch poľa rôzna, a to ako vo veľkosti, tak aj v smere.

Takéto pole sa nazýva nehomogénne. Čiary nerovnomerného magnetického poľa sú zakrivené, ich hustota sa bod od bodu mení.

Ďalším príkladom nerovnomerného magnetického poľa je pole okolo priameho vodiča prenášajúceho prúd. Obrázok 89 zobrazuje rez takým vodičom umiestneným kolmo na rovinu výkresu. Kruh označuje prierez vodiča. Bodka znamená, že prúd smeruje spoza kresby k nám, ako keby sme videli špičku šípky označujúcej smer prúdu (prúd smerujúci od nás za kresbu je označený krížikom, ako keby sme videli chvost šípky smerujúcej pozdĺž prúdu).

Z tohto obrázku je zrejmé, že siločiary magnetického poľa vytvorené priamym vodičom prenášajúcim prúd sú sústredné kružnice, ktorých vzdialenosť sa zväčšuje so vzdialenosťou od vodiča.

V určitej obmedzenej oblasti priestoru je možné vytvoriť rovnomerné magnetické pole, to znamená pole, ktorého sila na magnetickú strelku má rovnakú veľkosť a smer.

Obrázok 90 ukazuje magnetické pole, ktoré vzniká vo vnútri solenoidu - valcovej drôtovej cievky s prúdom. Pole vo vnútri solenoidu možno považovať za rovnomerné, ak je dĺžka solenoidu výrazne väčšia ako jeho priemer (mimo solenoidu je pole nerovnomerné, jeho magnetické čiary sú umiestnené približne rovnako ako pásové magnety). Z tohto obrázku je vidieť, že magnetické čiary rovnomerného magnetického poľa sú navzájom rovnobežné a umiestnené s rovnakou hustotou.

Ryža. 90. Magnetické pole solenoidu

Rovnomerné je aj pole vo vnútri permanentného pásového magnetu v jeho strednej časti (pozri obr. 88).

Na zobrazenie magnetického poľa použite nasledujúcu techniku. Ak sú čiary rovnomerného magnetického poľa umiestnené kolmo na rovinu výkresu a smerujú od nás za výkres, potom sú znázornené krížikmi (obr. 91, a), a ak zozadu výkresu smerom k nám, potom s bodkami (obr. 91, b). Rovnako ako v prípade prúdu je každý kríž ako viditeľný chvost šípu letiaceho od nás a bod je hrotom šípu letiaceho smerom k nám (na oboch obrázkoch sa smer šípok zhoduje so smerom magnetického linky).

Ryža. 91. Magnetické siločiary smerujúce kolmo na rovinu kresby: a - od pozorovateľa; b - pozorovateľovi

Otázky

1. Čo je zdrojom magnetického poľa?
2. Čo vytvára magnetické pole permanentného magnetu?
3. Čo sú magnetické čiary? Čo je brané na ich smerovanie v ktoromkoľvek bode?
4. Ako sú magnetické ihly umiestnené v magnetickom poli, ktorého čiary sú priame; krivočiary?
5. 0 čo možno usúdiť zo vzoru magnetických siločiar?
6. Aké magnetické pole - homogénne alebo nehomogénne - sa vytvára okolo pásového magnetu; okolo priameho vodiča prenášajúceho prúd; vnútri solenoidu, ktorého dĺžka je podstatne väčšia ako jeho priemer?
7. Čo možno povedať o veľkosti a smere sily pôsobiacej na magnetickú ihlu v rôznych bodoch nehomogénneho magnetického poľa; rovnomerné magnetické pole?
8. Aký je rozdiel medzi umiestnením magnetických čiar v nehomogénnych a homogénnych magnetických poliach?

Cvičenie 31

1 V § 37 bude uvedený presnejší názov a definícia týchto riadkov.