Выдержка из текста работы
Вещества, притягивающие железо, были известны человечеству более 2000лет назад. Они получили название магнитов. Постоянный магнит в форме тонкой полоски, расположенный на плавающей в воде деревянной дощечке, поворачивается одним концом в направлении Северного полюса Земли, а другим – в направлении Южного. Поэтому концы магнита так и называются северным и южным полюсами. Это наблюдение привело к созданию компаса. Первые компасы появились в Китае. В Европе компасом стали пользоваться с XII в. В 1600г. английский физик У. Гильберт опубликовал большой труд «О магните», в котором описал множество проведенных за 18 лет опытов. Он первым пришел к заключению, что Земля сама является большим магнитом. Казалось, что магнетизм и электричество – две разные области, не имеющие между собой ничего общего. Дальнейшее развитие научных знаний показало тесную связь электрических и магнитных явлений, а созданная Максвеллом теория позволила единым образом описать все электромагнитные явления.
После изобретения в 1800 г. источника постоянного тока возможности экспериментаторов значительно расширились. Первое фундаментальное открытие было сделано в 1820г. датским физиком Г.Х. Эрстедом (1777-1851).Убежденный в том, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны, он хотел выяснить, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит. В феврале 1820г. Эрстед показывал студентам тепловое действие тока. Рядом с проводником случайно оказался компас. При включении тока стрелка отклонилась от первоначального положения. В этом эффекте Эрстед увидел подтверждение своих идей. Описание опыта вышло в свет 21 июля 1820г. Этот простой опыт произвел сильное впечатление на современников и положил начало новой области физики – электродинамике.
Дальнейшие исследования развивались стремительно. 11 сентября 1820г. опыт был показан на заседании Французской академии наук. Академики спокойно разошлись, и только один из них – А.М. Ампер – поспешил заказывать приборы для проведения новых опытов. Он был уверен, что они должны были подтвердить его догадки, сводящие магнетизм к чисто электрическим явлениям. Все считали,
что ток, проходя по проводнику, превращает его в магнит, который и заставляет отклоняться стрелку компаса. Ампер высказал гениальную мысль: магнит представляет совокупность токов, движущихся по замкнутым контурам; отклонение стрелки вызвано взаимодействием токов. 25 сентября он демонстрирует новый эффект: два незаряженных параллельных провода, по которым текут одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. На каждый из проводников действует сила, зависящая от величины силы тока и расстояния между проводами. При перемене направления одного из токов силы притяжения сменяются силами отталкивания. В новой серии опытов спирали, по которым пропускали ток, вели себя подобно магнитам.
Новую область знаний о явлениях, обусловленных протеканием токов, Ампер назвал электродинамикой. Открытие явлений электромагнетизма оказало влияние не только на развитие науки, но и техники. В том же году Д. Арго изобрел электромагнит. В 1821г. Фарадею удалось осуществить вращение проводника с током в магнитном поле. Это был первый электродвигатель. Ампер предложил использовать отклонение электромагнитной стрелки для передачи сигналов в электромагнитном телеграфе.
Исследования природы подобных явлений проводились и в нашей стране. Так, например, исследования, проведенные русским физиком А.А. Эйхенвальдом в 1901г., показали, что если заряженное тело покоится относительно наблюдателя, то вокруг этого тела существует электрическое поле. Если же оно движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, расположенному по магнитному меридиану, а направлении к север-юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится. Если поместить стрелку над проводником, то стрелка отклонится в другую сторону.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Термин «магнитное поле» в 1845г. ввел М. Фарадей.
Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электрического полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как
и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.
Характерной отличительной особенностью электрического поля является способность действовать на неподвижные заряды.
Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток). Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только движущиеся заряды (электрический ток) и постоянные магниты создают магнитное поле.
При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено:
постоянные магниты имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.
Это наводило на мысль о существовании «магнитных зарядов» в природе. Если бы магнитные заряды существовали в природе, то их можно было бы разделить подобно электрическим, т.е. получить постоянный магнит только с одним полюсом. Однако если разделить магнит на две половины, то каждая часть снова будет иметь два полюса. Процесс деления можно продолжать сколько угодно, и каждый полученный маленький кусочек магнита будет представлять собой магнит с двумя полюсами. Позднее было доказано, что даже электроны, протоны, нейтроны ведут себя подобно крошечным магнитам.
Результаты опытов Ампера и последующих многочисленных исследований можно сформулировать следующим образом. Способность магнитного поля вызывать появление механической силы, действующей на какой-либо элемент тока, можно количественно описать, задавая в каждой точке поля некоторый вектор В. Вектор В называется магнитной индукцией и является основной характеристикой магнитного поля.
Подобно тому, как электрические поля графически изображаются с помощью электрических силовых линий, магнитные поля изображаются с помощью линий магнитной индукции (или магнитных силовых линий).
Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором В в этой точке. Линии магнитной индукции можно сделать «видимыми» с помощью железных опилок. Если на стеклянную
пластинку, через которую пропущен прямой проводник с током, насыпать железных опилок и слегка постучать по пластинке, то железные опилки расположатся вдоль силовых линий.
Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет с направлением линий магнитной индукции).
Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820г. А. Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле. Так как создать обособленный элемент нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы. Им было установлено, что на проводник с током помещенный в однородное магнитное поле индукции В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника L,силе тока I, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля В. Впоследствии этот вывод получил название закона Ампера. Используя закон Ампера, можно вычислить силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.
Движущиеся электрические заряды создают вокруг себя магнитные поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света . Если же заряд движется во внешнем магнитном поле, то происходит силовое взаимодействие магнитных полей, определяемое по закону Ампера. Процесс взаимодействия магнитных полей исследовался Лоренцем, который вывел формулу для расчета силы действующей со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Данная сила получила название силы Лоренца.
ДЕЙСТВИЕ МАГНИНОГО ПОЛЯ НА ТОК
Действие магнитного поля на ток, так же как и способы определения
направления движения проводника с током в магнитном поле, хорошо известно. Основываясь на этих знаниях, можно определить факторы, от которых зависит величина силы, действующей на проводник с током, и затем ввести
понятие о магнитной индукции и единице ее измерения.
1.Установка для изучения действия магнитного поля на ток;
Для измерения силы, действующей на проводник с током, служат универсальные чувствительные весы. При подготовке их к измерению в
отверстие втулки весов вставляют стержень с малым диском из аэродинамического набора и изготовляют рейтер массой в 500 мг в виде согнутой металлической полоски. Толкателем , соединяющим весы со скобой, служит мягкая тонкая проволочка, один конец которой огибают вокруг стержня над самым диском, а другой конец, согнутый в виде крючка, свободно накладывают на середину скобы между магнитами.
2.Для измерения силы тока служит демонстрационный амперметр с шунтом на 10А
и соответствующей шкалой для постоянного тока.
Приступая к проведению опыта, от весов отцепляют толкатель и снимают с
рычага рейтер. При помощи уравнительного винта добиваются совпадения указателей.
Постоянный ток можно получить от выпрямителя.
Сначала устанавливают рукоятку регулятора напряжения на нуль, затем
включают ток, доводят его до 8 А и наблюдают за движением скобы. Изменяя
направление тока или переворачивая магниты, показывают изменение
направления движения проводника. Эти опыты дают повод вспомнить правило левой руки, связывающее направления тока, силовых линий поля и движения проводника.
Выключив ток, при котором наблюдалось выталкивание скобы влево,соединяют скобу с вертикальным стержнем весов при помощи проволочного толкателя, как было указано выше, и передвигают весы по столу так, чтобы указатели равновесия вновь совпали.
На этом заканчивается подготовка установки.
Вывод:
Русский физик А.А. Эйхенвальд в 1901г., доказал, что если заряженное тело движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, расположенному по магнитному меридиану, а направлении к север-юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится. Если поместить стрелку над проводником, то стрелка отклонится в другую сторону.
Из опытов Ампера и последующих многочисленных исследований можно сделать вывод, что линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току. Центр этих окружностей находится на оси проводника. С помощью железных опилок можно получить изображение линий магнитной индукции проводников с током любой формы. Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности электростатического поля. Такие поля называют вихревыми в отличие от потенциальных, примером которых является электростатическое поле.
Было установлено, что на проводник с током помещенный в однородное магнитное поле индукции В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника L,силе тока I, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля В. Впоследствии этот вывод получил название закона Ампера. Используя закон Ампера, можно вычислить силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.
Литература:
- http://www.physel.ru/-mainmenu-29/—mainmenu-43/464-s-133—-.html
- http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=217
- http://www.bestreferat.ru/referat-210966.html
- http://www.motor-remont.ru/books/1/03_34.html
