Магнітне поле — це форма матерії, яка створюється намагніченими тілами, провідниками зі струмом, змінними електричними полями і рухомими зарядженими частинками
Магнітне поле — складова електромагнітного поля, яка створюється змінним у часі електричним полем
Під дією електричного поля виникає рух заряджених частинок, електронів в металах та йонів в рідинах. Спостерігаються як теплове, хімічне, механічне, магнітне явище. Магнітне явище існує завжди коли існує електричний струм.
Основне магнітне явище це явище яке призводить до того, що між двома провідниками з струмом виникає сила взаємодії . Такі сили називаються магнітними силами.
Дослід Ерстеда
Розглянемо дослід Ерстеда, який показує взаємодію електричного струму і магнітної стрілки. Таку взаємодію виявив в 1820 р. датський вчений Ерстед.
Розмістимо провідник, ввімкнений в коло джерела струму, над віссю магнітної стрілки (Рис.1). При замиканні кола магнітна стрілка відхиляється від свого початкового положення. При розмиканні кола магнітна стрілка повертається в початкове положення. Це означає, що струм і магнітна стрілка взаємодіють між собою.
Рис 1.
Дослід Ерстеда наводить на думку про існування навколо провідника з струмом магнітного поля. Воно діє на магнітну стрілку і відхиляє її.
Магнітне поле існує навколо любого електричного струму. Електричний струм і магнітне поле невід’ємні одне від одного.
Навколо нерухомих електричних зарядів існує тільки одне електричне поле, навколо зарядів що рухаються, тобто електричного струму, існує і електричне і магнітне поле.
Магнітне поле з’являється навколо провідника коли в ньому виникає струм, тому струм варто розглядати як джерело магнітного поля.
Магнітне поле прямого струму. Магнітні лінії.
Існування магнітного поля навколо провідника з електричним струмом можна виявити різними способами. Один з них полягає в використанні мілких залізних стружок.
В магнітному полі стружки заліза намагнічуються і стають магнітними стрілками. Вісь кожної з цих стрілок в магнітному полі встановлюються вздовж направлення дії сил магнітного поля.
На Рис 2. зображена картина магнітного поля прямого провідника з струмом. Для отримання такої картини прямий провідник пропускають через лист картону. На картон насипають тонкий шар залізних стружок вмикають струм і стружки злегка встряхують. Під дією магнітного поля струму, залізні стружки розміщуються навколо провідника не хаотично, а по концентрованим окружностям.
Рис 2.
Лінії вздовж яких в магнітному полі розміщуються вісі маленьких магнітних стрілок, називають магнітними лініями магнітного поля.
Магнітні лінії магнітного поля струму, являють собою замкнуті криві, що охоплюють провідник.
За допомогою магнітних ліній зручно зображувати магнітні поля графічно.
Направлення струму і направлення магнітних ліній, магнітного поля.
На (Рис. 3. а.) зображено розміщення магнітних стрілок навколо провідника з струмом. Вісі цих стрілок розміщуються вздовж магнітних ліній поля. При зміні направлення струму в цьому провіднику всі магнітні стрілки повертаються на 180° (Рис. 3. б.). З цього досліду можна вивести, що направлення магнітних ліній магнітного поля зв’язано з направленням струму в провіднику.
Рис. 3
Цей зв’язок може бути виражена простим правилом, яке називають правило свердлика.
Правило свердлика.
Якщо направлення поступаючого руху свердлика співпадає з направленням струму в провіднику, то напрямок обертання ручки свердлика співпадає з напрямком магнітних ліній магнітного поля струму.
Сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі.
Магнітне поле діє з деякою силою на будь-який провідник з струмом, що знаходиться в цьому полі.
Наявність цієї сили легко встановити на досліді. Схема установки зображена на Рис 4. а.
В цій установці провідник АВ підвищений на гнучких проводах, які під’єднані до джерела струму. Провідник АВ розміщений між полюсами підковоподібного магніту тобто знаходиться в магнітному полі. При замиканні електричного кола провідник починає рухатись (Рис 4. б.)
Якщо прибрати магніт, то провідник зі струмом рухатись не буде. Отже, з сторони магнітного поля на провідник з струмом діє сила яка відхиляє провідник від початкового положення.
Рис 4
Дослід показує, що при зміні направлення струму змінюється і направлення руху провідника, а значить і направлення діючої на нього сили.
Якщо в цьому досліді не змінювати направлення струму, а змінити місцями полюса магніту, тобто змінити направлення магнітного поля, то зміниться на протилежне направлення сили, що діє на провідник. Особливо важливе значення має обертання провідника з струмом в магнітному полі.
Обертання рамки в магнітному полі
На Рис 5 зображений прибор на якому можна здійснити таке обертання.
Рис 5
В цьому приборі ABCD – легка прямокутна рамка що знаходиться на вертикальній вісі. На рамку намотана обмотка, що складається з декількох десятків витків проволоки, що покрита ізоляцією. Кінці обмотки приєднані до металевих кілець “к” . Один кінець обмотки приєднаний до одного кільця, другий до другого. Кільця знаходяться на тій же вісі, що й рамка з обмоткою. Обмотку рамки вмикають в коло джерела струму за допомогою кілець і металевих пластинок – щіток “щ”. Рамка встановлюється в магнітному полі, між магнітними лінями магнітного поля магнітів.
Площина ABCD розміщена паралельно магнітними лініям магнітного поля магнітів. При замиканні кола рамка встановлюється так що площина її обмотки знаходиться перпендикулярно магнітним лініям. Таке положення рамки називається рівновагою (на Рис 5 показано пунктиром).
При зміні направлення струму в обмотці, рамка повертається на 180° і по інерції проходить трохи дальше положення рівноваги. Щоб рамка ще раз повернулась на 180° потрібно змінити направлення струму. Якщо змінювати напрям стуму в потрібні моменти, то рамка буде обертатись постійно.
Колектор
Для автоматичного змінювання напрямку струму існує спеціальний прилад, що називається колектор. Простий колектор складається з двох ізольованих півкілець, що знаходяться на тій же вісі, що й рамка, значить обертається разом з рамкою. Кінці обмотки рамки приєднані до півкілець. Обмотку вмикають в електричне коло за допомогою щіток.
Рамка з таким колектором зображена на Рис 6
Рис 6.
Коли кільце F доторкається до щітки 2 струм в обмотці рамки направлений від D до C як показано (Рис 6. а.) Рамка при цьому повертається на 180°. Після цього повороту рамки до щітки 2 підходить півкільце Е. Тепер струм в обмотці направлений від А до В (Рис 6. б.) тобто направлення струму змінилось на протилежне. Внаслідок цього рамка робить новий поворот на 180° і т.д. Виходить безперервне обертання рамки.
Tweet