Lek. 7. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
.pdfЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
1.Введение
2.Магнитное поле
3.Вектор магнитной индукции
4.Закон Био-Савара-Лапласа
5.Применение закона Био-Савара-Лапласа
6.Магнитное поле движущегося заряда
7.Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока
1.Введение
•Слово магнит связано с рядом легенд. Одна из них → За 500 лет до нашей эры вблизи города Магнезия в Малой Азии был найден минерал, обладающей способностью притягивать куски железа.
•Этот минерал был назван магнитным по названию города Магнезия (это был магнитный железняк Fe3O4).
•Оказалось, что если куски железа соприкоснутся с найденным минералом, то они становятся магнитными.
•Образцы найденного минерала были впоследствии названы естественными магнитами, а намагниченные образцы железа – искусственными магнитами.
• Обнаружилось, что и у естественных, и у
искусственных магнитов есть участки, где магнитные свойства проявляются наиболее сильно.
• Эти участки назвали магнитными полюсами. Их
всегда два – северный (N – nördlich) и южный
(S – südlich)
• Обнаружено, если выполнить магнит в виде
лёгкой стрелки и поместить её на остриё, то стрелка всегда устанавливается в направлении примерно с севера на юг. Это свойство магнита стали использовать в морской навигации.
• Другая легенда → задолго до этой истории (около
2500 лет до н.э.) китайцы уже имели компас.
• Он изготавливался в виде человека, вытянутая
рука которого показывала на юг, но в настоящее время легенда об этом компасе подвергнута сомнению.
•Однако авторами первого компаса были все же китайцы.
•Предположительно, компас был изобретен в древнем
Китае, еще в 1 веке нашей эры. Он представлял собой небольшой кусочек намагниченного металла, прикрепленный к деревянной планке, плавающей в сосуде с водой. До арабских стран компас дошел к 8-му веку, а в Европе он появился лишь в 12-м веке.
• Есть сведения, что у нас компас был изобретен на
севере России (поморами).
•Первое научное исследование магнита было выполнено английским физиком и придворным врачом Уильямом Гильбертом.
•В 1600 г. он издал труд «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле».
•Гильберт установил, что любые магниты имеют по
два полюса, при этом разноименные полюсы притягиваются, а одноименные отталкиваются. Проводя опыт с железным шаром, который взаимодействовал с магнитной стрелкой, впервые выдвинул предположение о том, что Земля является гигантским магнитом. Также он предположил идею о
том, что магнитные полюсы Земли могут совпадать с географическими полюсами планеты, что неверно.
• В конце 18-го века достаточно весомые исследования в
области магнитных явлений были выполнены Кулоном.
• Взаимодействие магнитных полюсов, установленное
Уильямом Гильбертом, |
привело к формулировке |
понятия «магнитное поле» |
|
2.Магнитное поле
Кпонятию «магнитное поле» пришли не только на основе взаимодействия магнитных полюсов.
Рис. 1 В феврале 1820 г. Эрстед обнаружил
взаимодействие тока, текущему по проводнику и магнитной стрелки (рис. 1). При пропускании по проводнику тока магнитная стрелка поворачивается.
• При |
изменении |
направления тока |
отклонение |
стрелки изменяется на противоположное. |
|||
• В |
сентябре |
1820 г. Ампер |
обнаружил |
взаимодействие параллельных токов (рис. 2).
• При протекании тока в одном
направлении проводники притягиваются друг к другу, а в противоположных –
отталкиваются.
Рис. 2
• Опыт Абрама Иоффе (1910 – 1911 г.г.). В
этом опыте обнаружено действие катодных лучей, представляющих поток
электронов, на магнитную стрелку (рис. 3).
Рис. 3
• Опыт А. Эйхенвальда (рис. 4).
В этом опыте заряженный металлический диск 1 приводится в очень быстрое вращение, что соответствует нап-
Рис. 4 равленному механическому перемещению заряда, сосредоточенному на верхней кромке диска.
•Механическое перемещение заряда эквивалентно электрическому току, под действием которого миниатюрная магнитная стрелка 2 поворачивается относительно первоначального направления.
•Поворот стрелки отражается в зеркальце 3 и наблюдается с помощью зрительной трубы 4.
•При изменении направления вращения диска направление поворота стрелки изменяется на противоположное.
•Заметим, что объяснение всех этих опытов может быть дано на основе одного понятия – понятия «магнитное поле».
•Магнитное поле – есть разновидность материи через которую передается взаимодействие между магнитными полюсами, токами, токами и магнитными полюсами.
•Можно сказать точнее: магнитное поле – это разновидность материи (отличная от вещества) через которую передается действие одних электрических токов на другие.
•Магнитное поле – это силовое поле. Оно создается движущимися зарядами, а значит токами, и действует на движущиеся заряды.
•Такое определение магнитного поля со всей очевидностью следует из приведенных опытов.