Ну что ж, отдых на весенних каникулах закончился, мы движемся дальше и начинаем рассматривать предпоследний раздел, который вынесен в программу 10 класса. Это магнитные явления. Итак, пишем крупными буквами магнитные явления.
Магнитные явления подчеркиваем двумя линиями. Тема сегодняшнего урока звучит так. Тема. Магнитное поле.
и его характеристики. Магнитное поле и его характеристики. Точка линии магнитного поля. Линии магнитного поля. Линии магнитного поля.
Сегодня мы с вами еще не начнем количественно описывать магнитные явления. Будем на качественном уровне обсуждать их, вспоминая частично то, что я вам рассказывал в восьмом классе. Домашнее задание. Конспект.
Кроме того, скачайте с сайта Решильевского лицея и с сайта нашего класса, это есть и там и там, скачать Мякишев для 11 класса. Мы на время оставляем учебник Мякишева 10 класса, мы вернемся к нему в конце четверти, а пока что перепрыгнем в 11 класс, скачать Мякишев. 11 класс. И в этом учебнике изучить параграфы 1 и 2. По Рымкевичу, электронная версия которого у вас у всех есть, выполнить задание номер 821-822.
829, ведь я не говорю решить задачи, выполнить задания, потому что это пока что качественное задание. И по Гельфгату для 10 класса выполнить задания, номера которых 12.16 и 12.17. Все эти задания в ваших домашних тетрадях должны сопровождаться рисунками.
С рисунками. Потому что решение, собственно говоря, на качественном уровне делается именно на основании анализа рисунка. И ответ тоже будет на рисунке.
Ну что ж, давайте вспомним то, о чем мы говорили в восьмом классе. Давным-давно в Древней Греции на острове Магнезия были обнаружены камни, обладающие странными свойствами. Они притягивали к себе железные предметы.
Эти камни в честь острова Магнезии получили название магнитов. Эти свойства, магнитные свойства, как мы теперь говорим, сохраняются у магнитов в течение длительного времени, поэтому их называют постоянными магнитами. Кроме того, была обнаружена интересная вещь.
Если взять такой магнит, то есть если взять камень, сейчас это называется магнитный железняк, если взять такой камень, например, разместить его на поплавке, вот какой-то поплавок, ну, дощечку вот такую возьмем, лучше круглую, и поместить на него вот этот самый кусок магнитного железняка, то оказывается, что если мы его повернем... он вернется в прежнее положение, то есть он стремится ориентироваться всегда определенным образом. И этим можно пользоваться для того, чтобы ориентироваться в пространстве.
Если я перейду, например, из Афин в какой-нибудь другой город, в Одессу, то оказывается, что... Ориентация этого плавающего куска магнитного железняка будет всегда одной и той же. И мы можем пользоваться этим для ориентации в пространстве. Мы можем посмотреть, какой кусочек этого магнита смотрит на север, и написать здесь букву N, и назвать этот край магнита северным полюсом, а противоположный край назвать южным полюсом.
Но вы помните, что эти полюсы... обладают наиболее ярко выраженными магнитными свойствами. То есть у полюсов магнита сила притяжения железных предметов максимальна. Существует нейтральная линия вот здесь, к которой не притягиваются железные предметы.
Вот что мы знаем о магнитах. Итак, устройство, которое здесь изображено, это магнитный компас. Или, как говорят одесситы, компас.
Мы можем из этого железняка... выточить красивую стрелку, покрасить один ее конец синий краской, другой красной краской и назвать этот конец стрелки северным полюсом магнитной стрелки, этот конец стрелки назвать южным полюсом магнитной стрелки. Еще было обнаружено, что одноименные полюса магнитов отталкиваются Одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются.
Вот такие факты экспериментальные известны очень уже давно. Через много лет, в 1820 году, христиан Эрстед... Читал своим студентам в университете лекцию о тепловом действии тока.
Он делал то же самое, что мы с вами делали на уроке в восьмом классе, когда изучали тепловое действие тока, а именно он взял проволоку и пропускал через нее электрический ток и демонстрировал всем студентам, как эта проволока нагревается. Тепловое действие тока. Ток протекал, допустим, вот в эту сторону. Проволока прогибалась, это было видно в аудитории.
Ну а потом в конце лекции студенты, наиболее любознательные, подошли поближе к этой установке, которая находилась на кафедре, и начали включать-выключать электрическую цепь, замыкать-размыкать. И один из студентов обнаружил, что когда замыкаешь электрическую цепь и по проводнику начинает течь ток, Рядышком находящаяся стрелка магнитного компаса немножечко отклоняется. Так впервые была обнаружена связь между электрическим током и магнитной стрелкой. Опыт Эрстеда. 1820 год.
Христиан Эрстед. И Эрстед начал заниматься этим более детально. Давайте на рисунке изобразим магнитную стрелку, которая находится, например, на игле. а не на поплавке, под проводником, вот так, вот игла.
Если это, например, северный полюс, а это южный, то при пропускании тока, сейчас посмотрим, куда стрелка должна отклоняться, северный полюс должен поворачиваться от нас, от нас. Как я это узнал, скоро вспомню вместе. Так, стрелка поворачивается, стремясь перпендикулярно разместиться проводнику. Вот так.
Вот так. Итак. Чем отличается проводник, когда по нему течет электрический ток, от проводника, когда по нему не течет электрический ток? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним, что такое электрический ток. Что это такое?
Направленное движение заряженных частиц. Эти заряженные частицы в проводнике есть всегда, независимо от того, есть в нем ток или нет. Но когда тока нет, они движутся хаотически, а когда ток есть, они помимо хаотического движения еще и проявляют упорядоченное движение.
Это и есть электрический ток. И вот оказывается, что если частицы движутся, то есть если протекает электрический ток, то вокруг проводника с током, то есть в пространстве вокруг движущихся заряженных частиц, что-то происходит. Это что-то можно обнаружить. с помощью магнитной стрелки. Если что-то можно обнаружить, значит, это объективно существующая реальность.
Это будет вещество. Здесь появляются какие-то атомы вокруг от того, что мы начинаем пропускать ток? Нет.
Значит, это материя, не являющаяся веществом. Для нас это уже не ново. Неподвижный заряд окружен электрическим полем. А если заряд движется, то наряду с электрическим полем появляется еще нечто новое, тоже особый вид материи, который называется магнитным полем.
Итак, запишем. Магнитное поле это особый вид материи, возникающий вокруг движущихся электрических зарядов. Это особый вид материи, возникающий вокруг движущихся...
Слово движущихся подчеркнем вокруг движущихся электрических зарядов. Особый вид материи, возникающий вокруг движущихся электрических зарядов. Как обнаружить магнитное поле мы сейчас видели с помощью магнитной стрелки. Но оказывается, обнаружить магнитное поле можно и другим способом. Давайте рассмотрим еще одну серию опытов.
которая, кстати, вам знакома. Мы недавно вспоминали об этом, в чем эта серия состоит. Рассмотрим два проводника параллельных и подключим их к источнику тока.
Вот так. Плюс, минус. Я нарисовал гальванический элемент. напряжение которое он дает полтора вольта и конечно здесь возникает электрическое поле на очень слабые если вы помните нам приходилось иметь дело с полями в киловольт и на метр и даже больше а здесь несколько вольт на метр поэтому конечно эти два проводника поскольку они немного заряжены потому что подключены к источнику тока они немножечко друг другу будут притягиваться но уверяю вас экспериментально обнаружить это притяжение очень сложно Нужны очень чувствительные приборы. А теперь поступим следующим образом.
Давайте эти два проводника соединим так, чтобы по проводникам начал идти электрический ток. Здесь внизу оставим все как было, плюс-минус. А здесь устроим короткое замыкание. Этого, конечно, делать нельзя, но ненадолго можно себе позволить.
При этом ток здесь будет несколько ампер. И мы обнаружим, ток течет здесь в эту сторону. Здесь замкнутая цепь, ток течет в эту сторону.
И мы обнаружим, что эти два проводника начнут отталкиваться друг от друга. F1, F2. Проводники взаимодействуют друг с другом, когда по ним течет электрический ток.
Противоположно направленные токи, как говорят физики, отталкиваются. А если мы соберем другую электрическую цепь, вот такую, те же самые два проводника, но включим их вот так, параллельно. Теперь ток течет в каждом из проводников снизу вверх.
И опыт показывает, что эти проводники начинают притягиваться. F1 и F2 силы притяжения. Итак, противоположно направленные токи отталкиваются. А соноправленные токи притягиваются.
Соноправленные токи притягиваются. Из опыта Эрстеда мы уже знаем, что если по проводнику течет ток, он вокруг себя создает магнитное поле. Но если проводник создает вокруг себя магнитное поле, то в этом поле оказывается второй проводник.
И на него действует сила. Значит, проводник с током, находящийся в магнитном поле, подвергается действию силы. Эта сила носит название сила ампера.
Мы о ней подробно будем говорить завтра, а пока что запишем. Сила ампера. Вот изучение силы ампера как раз позволяет разобраться лучше в том, как можно описать магнитное поле. Кстати, если вы помните, именно такой вид взаимодействия токов использовался в определении 1 А. Это 1 А, это сила такого неизменного тока, который протекая по двум, только не таким, как я нарисовал, а бесконечно длинным тонким параллельным проводникам, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызывает их взаимодействие с силой 2 на 10 минус 7 Ньютона на каждый метр длины.
Здесь, если расстояние взять, допустим, не один метр, а один сантиметр, сила взаимодействия будет больше. Кроме того, мы можем пропустить здесь ток не один ампер, а десять ампер. Так что силу взаимодействия эту можно на опыте обнаружить.
А раз ее на опыте можно обнаружить, давайте будем этой силой пользоваться для исследования магнитного поля. Однако удобнее это сделать немножечко по-другому. Давайте сделаем из проводника рамку.
Ее можно делать любой формой, но лучше, если это будет прямоугольная рамка, тогда легче разобраться, что происходит. И, пользуясь этой рамкой, мы будем исследовать магнитное поле, создаваемое проводником с током. Итак, есть проводник с током.
Мы хотим изучить магнитное поле, создаваемое этим проводником. Допустим, ток течет сверху вниз. Как мы исследовали электрическое поле? Использовали пробный заряд, помещали его в разные точки электрического поля и наблюдали, как на пробный заряд действует сила. А здесь тоже можно использовать аналогичный метод, но только вместо пробного заряда мы будем использовать рамку с током, так сказать, пробный контур с током.
Допустим, это рамка прямоугольной формы, вот я ее нарисую. Она подвешена на гибких проводниках. Эти же проводники используются для того, чтобы пропускать ток по этой рамке.
Эта рамка может быть из одного витка. Нам проще просто рассуждать, если она из одного витка. А лучше, если она содержит много витков.
И вот, допустим, здесь ток течет так, что в этой стороне рамки он направлен вниз. Я обозначу его И-штрих. Такой же ток в противоположной стороне рамки И-штрих.
направлен вверх, тогда что получается? Ток в этой стороне рамки и в проводнике направлены параллельно. В таком случае эта сторона рамки будет притягиваться.
F1. Ток в этой стороне рамки направлен противоположно по отношению к току в проводнике. Значит эта сторона рамки будет отталкиваться. И в результате возникнет момент силы, который поворачивает рамку.
До каких пор это будет происходить? До тех пор, пока этот проводник не разместится как можно ближе к основному проводнику, а эта сторона рамки не разместится как можно дальше вот этого проводника. Значит, закончится все вот как. Вот проводник, по нему течет ток. А рамка, находящаяся рядом с проводником?
Разместится вот так. Здесь будет притягивать F1, здесь будет отталкивать F2. Тут ток течет вниз и штрих, тут ток течет вверх и штрих.
То есть мы можем сказать, что магнитное поле оказывает на рамку ориентирующее действие. Ориентирующее действие. Проще ее рамку разворачивает. Ну а теперь давайте вместо одной рамки возьмем много таких рамок и разместим эти рамки вокруг проводника.
Ну можно одну и ту же переносить в разные точки, но для наглядности мы будем рисовать много рамок. Четыре штуки. Кроме того, давайте вспомним обозначения, которые используются очень часто, если нужно указать направление к нам или от нас.
Вот такой знак. означает от нас а такой знак кружочек а в середине жирная. означает к нам вы знаете что запомнить это легко вот даже некоторые уже улыбаются потому что я повторю сейчас то что говорил в восьмом классе представьте себе стрелу выпущенную из лука если стрела летит от нас мы видим оперение стрелы до Если стрела летит к нам, то некоторое время мы видим кончик стрелы.
Итак, будем пользоваться этими обозначениями. Смотрите, ток течет сверху вниз. Давайте глаз наблюдателя разместим вот здесь.
Если смотреть сверху, то ток течет от нас. А теперь разместим вокруг этого проводника с током. Вот такие рамки. Видите, ближний край рамки, ближняя сторона рамки, в ней ток течет от наблюдателя, то есть вот так. А в дальнем ток течет к наблюдателю, вот так.
Вот одна рамка, вот вторая рамка. Третью рамку разместим вот с этой стороны. и четвертую рамку вот с этой стороны.
Если течет ток по проводнику, то магнитное поле вокруг проводника будет таково, что оно будет разворачивать рамки вот так, как здесь нарисовано. А теперь давайте введем понятие положительной нормали к рамке. Что такое положительная нормаль?
Нормаль это перпендикуляр. Перпендикуляр к чему? перпендикуляр к плоскости рамки. Так вот, возьмем буравчик.
У любого физика в кармане должен быть буравчик. И будем вращать ручку буравчика так, чтобы направление вращения совпадало с направлением тока в рамке. То есть в нашем случае я буравчик должен вращать вот так.
Как будет двигаться буравчик? Он будет перемещаться вверх. Вы скажете, а это потому что у вас ручка буравчика наверху. Я переверну и буду перемещать буравчик так, чтобы вот здесь эта сторона к нам двигалась, а та от нас. Все равно буравчик перемещается вверх.
И вот это направление перемещения буравчика, ну вам школьникам лучше пользоваться шурупом, вот это направление мы и будем называть положительной нормалью. N это вектор. Его модуль можно принять за единицу. N. Вот это направление положительной нормали.
Но тут, строго говоря, нужно поставить N1, N2, N3, N4. И вот направление положительной нормали можно принять... за направление магнитного поля. В разных точках пространства магнитное поле, создаваемое этим проводником, направлено в разные стороны. Если вы измените направление тока, то у вас все эти рамки развернутся на 180 градусов.
Это лишний раз говорит о том, что магнитное поле имеет направление. Далее. Чем больше сила тока в проводнике, которое создает магнитное поле, тем больший момент силы будет стремиться развернуть рамку.
Следовательно, магнитное поле может быть больше, а может быть слабее. То есть оно может быть охарактеризовано и числом, и направлением. Стало быть, это вектор.
Этот вектор является характеристикой магнитного поля. Не единственной, но для нас с вами в нашем школьном курсе другой мы использовать не будем. Но еще магнитный поток у нас будет.
Так вот. Этот вектор носит название вектор магнитной индукции. Справа оставьте свободное место. Обозначается буквой B вектор магнитной индукции. Вектор магнитной индукции.
И, пользуясь рамкой, можно сказать, куда направлен, что принимается за направление вектора магнитной индукции. Физики договорились, что за направление вектора магнитной индукции принимается направление положительной нормали рамки с током, свободно размещенной в магнитном поле. Давайте это запишем.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление положительной нормали рамки с током, направление положительной нормали рамки с током, свободно размещенной в данной точке магнитного поля. Положительной нормали рамки с током, свободно размещенной в данной точке магнитного поля. Свободно размещенной в данной точке магнитного поля. В разных точках магнитное поле, а значит и вектор магнитной индукции, могут иметь разные модули и разные направления.
О модуле вектора магнитной индукции мы поговорим завтра. Ну а сейчас давайте вспомним еще один, более простой, более для нас доступный способ определения... направление вектор магнитной индукции.
Это та же самая магнитная стрелка. Если мы возьмем проводник с током, точно такой же, как был здесь, и вокруг этого проводника будем размещать магнитную стрелку в разных точках, то магнитная стрелка будет размещаться вот так. Правда, нужно сказать, что...
Проводник с током должен создавать достаточно сильное магнитное поле, чтобы нам не мешало магнитное поле земного шара. Земля это тоже большой магнит. В Северной Канаде находится какой полюс земного магнита?
Южный, потому что туда смотрит северный полюс магнитной стрелки. Вы знаете, что разноименные полюса притягиваются. И вот.
Положительная нормаль направлена вправо здесь, а здесь вправо будет указывать северный полюс магнитной стрелки. Значит сюда направлен вектор магнитной индукции B2. Почему 2? Потому что тут я нарисовал тоже двоечку.
Северный полюс этой стрелки будет указывать вот сюда. Тут у нас будет вектор магнитной индукции B3. Здесь вектор магнитной индукции B4 направлен вот так, а здесь вот так, B1. Поэтому мы можем еще одним способом сказать, что принимается за направление вектора магнитной индукции. В восьмом классе мы говорили за направление магнитного поля, но теперь мы уже будем говорить за направление вектора магнитной индукции.
Запишите, пожалуйста. За направление вектора магнитной индукции принимается направление, за направление вектора магнитной индукции принимается направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки, направление, указываемое северным полюсом. магнитной стрелки, свободно разместившейся в данной точке магнитного поля. Принимается направление, указываемое север... ...концом магнитной стрелки, свободно разместившейся в данной точке магнитного поля.
Свободно разместившейся в данной точке магнитного поля. Если мы стрелку дальше разместим от проводника, то она менее охотна, то есть с меньшим моментом силы будет стремиться разместиться по направлению магнитного поля. То есть магнитное поле дальше от проводника слабее, ближе к проводнику...
И если мы захотим изобразить магнитное поле на картинке, то можно поступить следующим образом. Вот проводник с током, текущим от нас. Здесь вектор магнитной индукции сильный. Здесь он тоже имеет большой модуль. Здесь большой модуль.
Близко от проводника большой модуль. Дальше модуль слабее. Еще дальше модуль еще слабее.
Здесь. Вот так. Здесь вот так.
Чем дальше от проводника, тем меньше модуль вектора магнитной индукции. Ну а направление такое же, как направление северного конца магнитной стрелки. Понятно, что таким образом изображать магнитное поле очень неудобно.
Поэтому люди придумали то, что вы уже отлично знаете. Вот такой способ. Вместо того...
Чтобы рисовать вектор магнитной индукции в каждой точке пространства, изображаются линии, касательные которым в каждой точке имеют направление в вектор магнитной индукции. В этой точке. То есть, вместо вот этих четырех длинных стрелок я нарисую окружность.
Но эта окружность имеет направление. Оно совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Это направление изобразим стрелками.
Дальше модуль вектора магнитной индукции меньше. Давайте договоримся, что если модуль вектора магнитной индукции меньше, то вот эти линии, которые я изображаю, будем показывать более редко, на большем расстоянии друга друга. Вот так.
Вы видите, что рисунок теперь не перегружен. И понятно, куда направлено магнитное поле в любой точке. Достаточно провести касательную. И направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением линии, которая называется линией магнитной индукции или линией магнитного поля или магнитной линии.
Итак, назовем это магнитной линией, магнитной линией, или же линией магнитного поля или линией магнитной индукции. магнитной индукции или линии магнитной индукции запишем определение линиями магнитной индукции линиями магнитной индукции называются линии линиями магнитной индукции, называются линии, касательные к которым в каждой точке, линии, касательные к которым в каждой точке, имеют направление вектора магнитной индукции в этой точке, касательные к которым в каждой точке. имеют направление вектора магнитной индукции в этой точке, касательные к которым в каждой точке имеют направление вектора магнитной индукции в этой точке. имеют направление вектора магнитной индукции в этой точке. Ну а теперь вспомним, что мы уже сможем определять направление магнитного поля, если известно, куда течет ток, создающий это магнитное поле.
зная правила буравчика. А именно, если перемещать буравчик в направлении тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление магнитного поля, создаваемого этим током. Давайте запишем правило буравчика или правило винта. Если буравчик перемещается...
Если буравчик перемещается в направлении тока в проводнике, Если буравчик перемещается в направлении тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление магнитных линий указывает направление магнитных линий поля, создаваемого этим током. Поля, создаваемого этим током вокруг проводника. То направление вращения ручки буравчика указывает направление магнитных линий поля, создаваемого этим током. вокруг проводника, создаваемого этим током вокруг проводника. Итак, с помощью правила Буравчика можно найти направление вектора магнитной индукции, если известно направление тока.
Но вектор магнитной индукции имеет еще и модуль помимо направления. Детально о том, как определить модуль вектора магнитной индукции, мы поговорим, как я уже сказал, завтра, но сейчас кое-что нам нужно вспомнить. чтобы потом мы завтра на это могли опереться.
Смотрите, когда по проводнику течет ток, то он действует на магнитную стрелку, находящуюся рядом. Но ведь в природе не существует просто действия. В природе существует взаимодействие.
Значит, если ток действует на магнитную стрелку, то по третьему закону Ньютона магнитная стрелка тоже должна как-то действовать на проводник. Она пытается его как-то переместить. Для того, чтобы было удобнее исследовать влияние магнитного поля на проводник с током, а стрелка ведь создает вокруг себя магнитное поле, лучше взять магнитное поле простой конфигурацией. Допустим, у нас есть магнит, который создает магнитное поле, направленное сверху вниз. Я нарисую полюсы магнита.
Нетрудно показать, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный. Достаточно представить себе магнитную стрелку вот здесь. Она своим южным полюсом повернется вверх, а северным вниз.
Значит, магнитное поле направлено вниз, в направлении северного полюса. И теперь давайте сюда, между полюсами магнита, поместим проводник, по которому будем пропускать электрический ток. Можно создать вот такую замкнутую цепь. Вот источник тока. Вот так.
Направление тока вот. Там, где магнитное поле существует, вектор B направлен сверху вниз у нас, там на проводник действует сила, которую мы называем силой ампера. Оказывается, что в этой ситуации линии магнитного поля направлены сверху вниз. В этой ситуации сила ампера будет направлена...
Вот так. Силу ампера обозначен F с индексом А. Сила ампера.
И вот эксперимент показывает, что эта сила ампера максимально тогда, когда ток перпендикулярен полю, а направление этой силы ампера можно определить с помощью правила левой руки. Не путать. с правой а именно запишите правой и правило левой руки если ладонь левый если разместить левую руку так если разместить левую руку так чтобы линии магнитного поля входили в ладонь если разместить левую руку так чтобы линии магнитного поля входили в ладонь.
Разместить левую руку так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь. Так, а теперь посмотрите на меня. Линии магнитного поля входят в ладонь, но ладонь можно вращать как угодно.
Ограничим возможности вращения ладони следующим образом. А четыре вытянутых пальца направить по направлению. тока, продолжаем записывать, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а 4 вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, а 4 вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике.
то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы ампера. то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы ампера. Все на сегодня. Отдыхаем, пьем чай.