§ 28. Індукцыя магнітнага поля. Лініі індукцыі магнітнага поля
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Фізіка. 10 клас |
| Книга: | § 28. Індукцыя магнітнага поля. Лініі індукцыі магнітнага поля |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Среда, 4 Декабрь 2024, 12:19 |
Для апісання электрастатычнага поля выкарыстоўваюць яго асноўную характарыстыку — напружанасць . Ці існуе аналагічная характарыстыка для апісання магнітнага поля?
Напрамак індукцыі магнітнага поля. Асноўнай характарыстыкай, якая выкарыстоўваецца для апісання магнітнага поля, з’яўляецца фізічная вектарная велічы ня — індукцыя магнітнага поля . Ведаючы індукцыю магнітнага поля, можна вызначыць сілу, якая дзейнічае на праваднік з токам (зарад, што рухаецца) у магнітным полі.
Для вызначэння напрамку індукцыі магнітнага поля выкарыстоўваюць арыентуючае дзеянне магнітнага поля на магнітную стрэлку або рамку з токам.
За напрамак індукцыі магнітнага поля ў пэўным пункце поля прымаюць напрамак ад паўднёвага полюса S да паўночнага полюса N магнітнай стрэлкі, якая свабодна ўстанаўліваецца пры размяшчэнні ў дадзеным пункце (мал. 143).
Напрамак магнітнай індукцыі у тым месцы магнітнага поля, дзе размешчана невялікая плоская рамка з токам, супадае з напрамкам дадатнай нармалі
да плоскасці рамкі. Напрамкам дадатнай нармалі прынята лічыць напрамак руху свярдзёлка, ручку якога паварочваюць у напрамку току ў рамцы. У магнітным полі, якое даследуецца, напрамак дадатнай нармалі супадае з напрамкам ад паўднёвага полюса S да паўночнага полюса N магнітнай стрэлкі (мал. 143.1).
У магнітным полі прамалінейнага правадніка з токам магнітныя стрэлкі размяшчаюцца па датычных да акружнасцей (мал. 144), цэнтры якіх ляжаць на восі правадніка.
На практыцы часта даводзіцца мець справу з магнітнымі палямі электрычных токаў, якія праходзяць па шпулях (саленоідах). У магнітным полі шпулі з токам магнітныя стрэлкі размяшчаюцца па датычных да замкнутых крывых, якія ахопліваюць віткі шпулі (мал. 145).
Лініі індукцыі магнітнага поля. Размеркаванне электрастатычнага поля ў прасторы можна зрабіць «бачным», выкарыстоўваючы ўяўленне аб лініях напружанасці. Даследуючы магнітнае поле, якое ствараецца правадніком з токам або пастаянным магнітам, з дапамогай магнітнай стрэлкі ў кожным пункце прасторы можна вызначыць напрамак індукцыі магнітнага поля. Такое даследаванне дазваляе графічна адлюстраваць магнітнае поле ў выглядзе ліній магнітнай індукцыі.
Лініі індукцыі магнітнага поля — уяўныя лініі ў прасторы, датычныя да якіх у кожным пункце супадаюць з напрамкам індукцыі магнітнага поля (мал. 146).
Лініі індукцыі магнітнага поля бесперапынныя (не маюць ні пачатку, ні канца), замыкаюцца самі на сябе. Гэта характэрна для любых магнітных палёў. Палі, якія валодаюць такой уласцівасцю, называюць віхравымі.
Відавочна, што праз любы пункт у магнітным полі можна правесці толькі адну лінію індукцыі. Паколькі індукцыя магнітнага поля ў любым пункце прасторы мае пэўны напрамак, то і напрамак лініі індукцыі ў кожным пункце гэтага поля можа быць толькі адзін. Гэта азначае, што лініі магнітнай індукцыі, як і лініі напружанасці электрычнага поля, не перасякаюцца.
З гісторыі фізікі
З лістапада 1831 г. Фарадэй пачаў сістэматычную публікацыю сваіх даследаванняў, якія склалі трохтомную працу пад назвай «Эксперыментальныя даследаванні па электрычнасці», дзе ён, у прыватнасці, выказаўся пра карціну ліній магнітнай індукцыі (у прыведзеным фрагменце гэта магнітныя сілавыя лініі): «Эксперыментатар, які хоча вывучыць магнітную сілу з дапамогай выяўлення яе магнітнымі сілавымі лініямі, дзейнічаў бы адвольна і неабдумана, адмовіўшыся ад самага каштоўнага сродку, ад выкарыстання жалезных апілак. Карыстаючыся імі, ён можа многія ўласцівасці гэтай сілы, нават у складаных выпадках, адразу паказаць наглядна, можа прасачыць вокам розныя напрамкі сілавых ліній і вызначыць адносную палярнасць, можа назіраць, у якім напрамку сіла гэтая ўзрастае, у якім змяншаецца... Пры іх выкарыстанні магчымыя вынікі бачныя адразу, і могуць быць атрыманы каштоўныя ўказанні для будучых доследаў».
Напрамак ліній індукцыі магнітнага поля. Вызначыць напрамак ліній індукцыі магнітнага поля можна, выкарыстоўваючы правіла свярдзёлка: калі паступальны рух свярдзёлка супадае з напрамам току, то ручка свярдзёлка паварочваецца ў напрамку ліній індукцыі магнітнага поля. У выпадку прамалінейнага правадніка з токам лініі індукцыі магнітнага поля ўяўляюць з сябе канцэнтрычныя акружнасці, якія знаходзяцца ў плоскасцях, перпендыкулярных да правадніка (мал. 147).
Вызначыць напрамак ліній індукцыі магнітнага поля прамалінейнага правадніка з токам можна таксама з дапамогай правіла правай рукі: калі ўяўна абхапіць праваднік правай рукой так, каб вялікі палец паказваў напрамак току, то астатнія пальцы будуць сагнутыя ў напрамку ліній індукцыі магнітнага поля (мал. 148).
Карціну ліній індукцыі магнітнага поля можна атрымаць, выкарыстоўваючы дробныя жалезныя апілкі, якія ў магнітным полі паводзяць сябе як магнітныя стрэлкі. На малюнку 149 паказана карціна магнітнага поля прамалінейнага ўчастка правадніка з токам. Карціна магнітнага поля кругавога вітка з токам і графічная выява ліній індукцыі адлюстраваны на малюнку 150, а, б.
Мяркуюць, што лініі індукцыі магнітнага поля, створанага пастаянным магнітам, накіраваны ўнутры магніта ад яго паўднёвага полюса S да паўночнага N (мал. 151).
Магнітнае поле саленоіда падобнае на поле паласавога магніта. На малюнку 152, а, б паказана карціна магнітнага поля саленоіда з токам і дадзена графічная выява ліній індукцыі. Саленоід уяўляе з сябе цыліндрычную шпулю, на якую віток да вітка наматаны провад, ізаляваны тонкім слоем лаку. Калі даўжыня саленоіда значна большая за яго дыяметр, то ўнутры цэнтральнай часткі саленоіда лініі індукцыі магнітнага поля практычна паралельныя і накіраваны ўздоўж яго восі.
Аднароднае магнітнае поле — поле, індукцыя якога ва ўсіх пунктах прасторы аднолькавая.
Лініі індукцыі такога поля паралельныя. У адваротным выпадку поле называюць неаднародным. Магнітнае поле ўнутры доўгага саленоіда практычна аднароднае, а паблізу краёў — неаднароднае. Неаднароднае і магнітнае поле прамалінейнага правадніка з токам (гл. мал. 148).
Для нагляднасці на малюнках лініі індукцыі паказваюць гусцей у тых месцах магнітнага поля, дзе значэнне індукцыі магнітнага поля большае (мал. 152, б). Пры гэтым на лініі індукцыі пазначаюць стрэлкай напрамак індукцыі магнітнага поля. Для крайніх віткоў саленоіда магнітнае поле кругавога вітка з токам, які праходзіць у напрамку руху гадзіннікавай стрэлкі, эквівалентнае полю паўднёвага полюса пастаяннага магніта, а магнітнае поле кругавога вітка з токам, які праходзіць супраць напрамку руху гадзіннікавай стрэлкі, эквівалентнае полю паўночнага полюса пастаяннага магніта (правіла гадзіннікавай стрэлкі) (мал. 153).
На малюнку 154 схематычна паказана магнітнае поле кругавога вітка з токам. Ці аднароднае такое магнітнае поле? Чаму?
Вызначэнне напрамку індукцыі магнітнага поля. Для вызначэння напрамку індукцыі магнітнага поля можна выкарыстаць любое з правілаў, сфармуляваных вышэй. Прычым, карыстаючыся правілам свярдзёлка, трэба памятаць, што напрамак току — гэта напрамак упарадкаванага руху дадатных зарадаў. Калі на малюнку прамалінейны праваднік з токам паказаны перпендыкулярна плоскасці старонкі (мал. 155) і пры гэтым ток накіраваны ад чытача, то яго ўмоўна пазначаюць крыжыкам (мал.156, а); у выпадку, калі ток накіраваны да чытача, — кропкай (мал. 156, б). Такімі ж значкамі (кропкай або крыжыкам) пазначаюць напрамкі вектараў (індукцыі магнітнага поля, сілы і інш.), размешчаных перпендыкулярна плоскасці малюнка.
Полюсы саленоіда, а значыць, і напрамак індукцыі магнітнага поля можна вызначыць паводле правіла гадзіннікавай стрэлкі (гл. мал. 153) або правіла свярдзёлка: калі напрамак вярчэння ручкі свярдзёлка супадае з напрамкам току ў вітку, то паступальны рух вастрыя свярдзёлка пакажа напрамак індукцыі магнітнага поля ўнутры саленоіда, а значыць, і становішча яго паўночнага полюса.
1. Якія правілы выкарыстоўваюць для вызначэння напрамку індукцыі магнітнага поля?
2. Як графічна адлюстроўваюць магнітнае поле? Што называюць лініямі індукцыі магнітнага поля?
3. Якая карціна ліній індукцыі магнітнага поля прамалінейнага правадніка з токам? кругавога вітка з токам? шпулі з токам? Як вызначаюць напрамак ліній індукцыі магнітнага поля?
4. Якія палі называюць віхравымі?
5. У чым адрозненне магнітнага поля ад электрастатычнага?
6. Якое магнітнае поле называюць аднародным?
Прыклад 1. Электроны, якія ўтвараюць «электронны прамень», рухаюцца так, як паказана на малюнку 157, а. Вызначце напрамак ліній індукцыі магнітнага поля, створанага гэтымі электронамі.
Рашэнне. Вызначыць напрамак ліній індукцыі магнітнага поля, створанага электронамі, якія рухаюцца, можна як паводле правіла свярдзёлка, так і паводле правіла правай рукі. Аднак трэба памятаць, што гэтыя правілы сфармуляваны для дадатных зарадаў, якія рухаюцца. Таму ў дадзеным выпадку трэба ўлічыць, што за напрамак электрычнага току прыняты напрамак, супрацьлеглы руху электронаў. Тады, калі глядзець на лінію індукцыі па напрамку руху электронаў, яна будзе зарыентавана супраць напрамку руху гадзіннікавай стрэлкі (мал. 157, б).
Прыклад 2. На малюнку 158 паказаны напрамак электрычнага току ў саленоідзе. Вызначце магнітныя полюсы саленоіда.
Рашэнне. Для вызначэння магнітных полюсаў саленоіда можна выкарыстаць як правіла свярдзёлка, так і правіла гадзіннікавай стрэлкі. У першым выпадку будзем уяўна паварочваць свярдзёлак па напрамку току ў вітках сале ноіда. Вастрыё свярдзёлка пры гэтым перамяшчаецца ўздоўж восі саленоіда ад тарца А да тарца В. Паколькі лініі індукцыі ўнутры магніта накіраваны ад паў днё вага полюса да яго паўночнага полюса, то па аналогіі можна зрабіць высно ву, што каля тарца А — паўднёвы полюс саленоіда, а каля тарца В — паўночны.
Праверым сваю выснову, прымяніўшы правіла гадзіннікавай стрэлкі. Калі глядзець з боку тарца А саленоіда, то відаць, што напрамак току ў вітку супадае з напрамкам руху гадзіннікавай стрэлкі. Значыць, каля тарца А — паўднёвы полюс, а каля тарца В — паўночны.
Практыкаванне 20
1. Як накіраваны лініі індукцыі магнітнага поля, створанага прамалінейным правадніком з токам, паказаныя на малюнку 159, а? У якім напрамку праходзіць электрычны ток у правадніку, адлюстраваным на малюнку 159, б?
2. Як будзе паводзіць сябе магнітная стрэлка, калі побач з ёй размясціць прамалінейны праваднік з электрычным токам (мал. 160)?
3. Па кругавым вітку праходзіць электрычны ток (мал. 161). Як установіцца магнітная стрэлка, калі яе змясціць у цэнтр вітка? Дзеянне магнітнага поля Зямлі не ўлічваць.
4. Як будуць узаемадзейнічаць дзве шпулі, падвешаныя на тонкіх правадах, калі іх падключыць да крыніц току так, як паказана на малюнку 162?
5. Пры падключэнні саленоіда да полюсаў крыніцы току ён адштурхваецца ад размешчанага паблізу пастаяннага магніта (мал. 163). У якім напрамку ідзе ток у саленоідзе?
