Онлайн-урок №20 "Введение в магнетизм."

Тема: Магнетизм

1. Введение в магнетизм

Определение. Магнитное поле – вид материи, который создается движущимися зарядами (токами) и проявляется себя действием на движущиеся заряды (токи).
Определение. Магнитная индукция поля  – силовая характеристика точки магнитного поля, показывающая силовое действие поле на заряд, который движется с определенной скоростью.
Силовые линии магнитного поля (линии индукции) – графическая модель магнитного поля, которая позволяет сделать видимым распределение поля в пространстве. Линии индукции – это такие условные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции поля. Вдоль линий индукции ориентируются оси магнитных стрелок.
Замечание. Для магнитного поля силовые линии выходят из северного полюса магнита (N), а заходят в южный (S), они всегда замкнуты. Линии индукции изображаются так, что плотность их расположения характеризует значение магнитной индукции поля.
Тела, которые проявляют магнитные свойства, в основном делят на постоянные магниты и электромагниты.
Определение. Постоянный магнит – тело (вещество), которое долгое время сохраняет остаточную намагниченность, т.е. само по себе имеет магнитные свойства.

Замечание. Земля по сути является постоянным магнитом.

Основные свойства постоянных магнитов:
1) Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются;
2) Сила магнитного взаимодействия больше у краев, т.е. у полюсов магнита. Вблизи середины магнита он, наоборот, практически не взаимодействует;
3) Нельзя создать магнит с одним полюсом. Даже при разделении магнита на две части образуются два полноценных магнита с парой полюсов;
4) При нагревании постоянного магнита до определенной температуры его магнитные свойства исчезают. Такая температура называется точкой Кюри. Для различных веществ она различна, и существуют таблицы, в которых указаны эти температуры для основных веществ.
Определение. Электромагнит – устройство, которое создает магнитное поле при протекании электрического тока.
Замечание. Чем больше сила тока в электромагните, тем он излучает более сильное поле. Наиболее эффективные электромагниты представляют собой катушку с большим количеством витков и ферромагнитным сердечником (соленоид), чем количество витков больше, тем сильнее излучаемое магнитное поле.
В основном графическое изображение поля электромагнитов рассматривают на примере провода и катушки с током:
1) МП прямого проводника с током
Линии МП представляют собой систему концентрических окружностей, опоясывающих провод, причем плотность линий убывает с удалением от проводника.
Правила для определения направления линий индукции:
Правило буравчика (правого винта) – направление вращения буравчика совпадает с направлением линий индукции поля, если он вкручивается по направлению тока.

Правило «правой руки» – мысленно обхватить рукой провод так, чтобы большой палец указывал направление тока в проводнике, тогда четыре согнутых пальца укажут направление линий индукции.

2) МП катушки с током
Направление силовых линий устанавливается правилом «правой руки» (видоизмененным) – руку необходимо мысленно положить на катушку, чтобы четыре согнутых пальца указывали направление тока в витках, тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление выхода линий индукции (северный полюс N катушки).

2. Классификация веществ в магнитном поле

Определение. Магнитная проницаемость среды  – величина, характеризующая реакцию вещества на внешнее магнитное поле, т.е. показывающая во сколько раз МП усиливается или ослабляется внутри вещества.  , где  – индукция внешнего МП, B – индукция МП внутри вещества.
В зависимости от μ вещества делятся на:
1) Ферромагнетики (μ≫1) – вещества значительно усиливающие магнитное поле, они сильно втягиваются в МП. При отсутствии внешнего магнитного поля способны продолжительное время сохранять намагниченность. 
Примеры: железо, кобальт, никель…
2) Парамагнетики (μ>1) – вещества незначительно усиливающие магнитное поле, они несильно втягиваются в МП. При отсутствии внешнего магнитного поля не способны сохранять намагниченность.
Примеры: алюминий, платина, кислород…
3) Диамагнетики (μ<1) – вещества ослабляющие магнитное поле, они выталкиваются из МП. При отсутствии внешнего магнитного поля не способны сохранять намагниченность.
Примеры: вода, медь, золото, инертные газы…

3. Сила Ампера

Определение. Сила Ампера  – сила, действующая на проводник с током, который находится во внешнем магнитном поле.
 – сила Ампера, Н
Где I – сила тока в проводнике, А
l – длина той части проводника, которая находится в МП, м
α – угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции, рад или град
Определяют направление силы Ампера по правилу «левой руки» – левую руку располагают так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в проводнике, а линии магнитной индукции входили в ладонь, тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера.
Замечание. Правило используют в таком виде для случая, когда угол .

Замечание. Опыт Ампера о взаимодействии параллельных проводников с током:
- проводники с сонаправленными токами притягиваются;
- проводники с противонаправленными токами отталкиваются.

4. Сила Лоренца

Определение. Сила Лоренца  – сила, действующая на движущуюся во внешнем МП заряженную частицу.
 – сила Лоренца, Н
Где q – заряд частицы, Кл
v – скорость движения частицы, м/с
α – угол между  и , рад или град
Определяют направление силы Лоренца по правилу «левой руки» с учетом знака частицы:
«+» левую руку располагают так, чтобы четыре пальца указывали направление скорости частицы, …
«-» левую руку располагают так, чтобы четыре пальца были направлены против скорости частицы, …
… а линии магнитной индукции входили в ладонь, тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Лоренца.
Замечание. Правило используют в таком виде для случая, когда угол .

Траектории движения заряженной частицы в однородном МП:
- при влете параллельно линиям индукции () – по прямой линии с постоянной скоростью;
- при влете перпендикулярно линиям индукции () – по окружности с постоянной скоростью;
- при влете под другими углами – по винтовой линии с постоянной скоростью.