Магнетизм и электромагнетизм

1.

МАГНЕТИЗМ И
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

2.

СОДЕРЖАНИЕ:
Магнетизм
2.
Магнитное поле электрического тока.
3.
Проводник с током в магнитном поле. Магнитная
индукция.
4. Напряженность магнитного поля. Закон полного тока
5. Магнитная проницаемость. Магнитный поток.
6.
Взаимодействие проводников с токами
7.
Гистерезис.
8.
Электромагниты
9. Электромагнитная индукция.
10. Вихревые токи
11. Самоиндукция
12. Энергия магнитного поля
1.

3.

МАГНЕТИЗМ — ЭТО ОСОБОЕ ПРОЯВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ ВНУТРИ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ,
КОТОРОЕ ПРОЯВЛЯЕТСЯ В ТОМ, ЧТО НЕКОТОРЫЕ ТЕЛА
СПОСОБНЫ ПРИТЯГИВАТЬ К СЕБЕ И УДЕРЖИВАТЬ
ЧАСТИЦЫ ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ. ЭТИ
ТЕЛА НАЗЫВАЮТСЯ МАГНИТНЫМИ.

4.

НЕПРЕРЫВНОЕ ДВИЖЕНИЕ
ЭЛЕКТРОНОВ В ЛЮБОМ ВЕЩЕСТВЕ
МОЖНО
РАССМАТРИВАТЬ КАК
ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ТОКИ,
ВОЗБУЖДАЮЩИЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

5.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

6.

ЛЮБАЯ МАГНИТНАЯ ЛИНИЯ НЕ ИМЕЕТ НИ
КОНЦА, НИ НАЧАЛА И ПРЕДСТАВЛЯЕТ
СОБОЙ ЗАМКНУТУЮ КРИВУЮ, ТАК КАК
СЕВЕРНЫЙ И ЮЖНЫЙ ПОЛЮСЫ МАГНИТА
НЕОТДЕЛИМЫ ОДИН ОТ ДРУГОГО.

7.

ПРИ РАСПОЛОЖЕНИИ ДВУХ
МАГНИТОВ НА НЕКОТОРОМ
РАССТОЯНИИ ОДИН ОТ ДРУГОГО
МЕЖДУ ИХ ПОЛЮСАМИ ВОЗНИКАЕТ
СИЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ,
НАПРАВЛЕННАЯ ТАК, ЧТО
ОДНОИМЕННЫЕ ПОЛЮСЫ ВЗАИМНО
ОТТАЛКИВАЮТСЯ, А
РАЗНОИМЕННЫЕ ПРИТЯГИВАЮТСЯ.

8.

МАГНИТНЫЕ
СВОЙСТВА
ВЕЩЕСТВА

9.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

10.

НАПРАВЛЕНИЕ МАГНИТНЫХ ЛИНИЙ ОБРАЗУЕМОГО ИМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПРАВИЛОМ БУРАВЧИКА:
Если поступательное движение буравчика
совпадает с направлением тока в
проводнике, то вращательное движение его
рукоятки указывает направление
магнитных линий поля, образующегося
вокруг этого проводника.

11.

ПРОВОЛОКА, СОГНУТАЯ СПИРАЛЬНО И
СОСТОЯЩАЯ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ВИТКОВ,
РАСПОЛОЖЕННЫХ ТАК, ЧТО ОСИ ИХ СОВПАДАЮТ,
НАЗЫВАЕТСЯ СОЛЕНОИДОМ.

12.

ПРОВОДНИК С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ.
МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ.

13.

ВСЕГДА ВСЁ УХОДЯЩЕЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ ОБОЗНАЧАЕТСЯ
КРЕСТОМ,
А НАПРАВЛЕННОЕ НА СМОТРЯЩЕГО - ТОЧКОЙ.

14.

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ
ПРОВОДНИКА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ МОЖНО
ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ПРАВИЛОМ ЛЕВОЙ РУКИ:

15.

ОСНОВНОЙ ВЕЛИЧИНОЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩЕЙ ИНТЕНСИВНОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ЯВЛЯЕТСЯ МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ В.
ЕДИНИЦЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ЯВЛЯЕТСЯ ТЕСЛА (Тл).
Сила, с которой магнитное поле действует
на проводник с током, называется силой
Ампера
Сила F, действующая на проводник с током в
магнитном поле, пропорциональна
магнитной индукции В, току в проводнике I
и длине проводника l, т. е.

16.

Н- НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ,
ЯВЛЯЕТСЯ ВЕКТОРНОЙ ВЕЛИЧИНОЙ.
Н- векторная величина, которая зависит от
свойств среды и определяется только токами в
проводниках, создающим магнитное поле
(где l — длина магнитной линии), измеряется в
амперах на метр (А/м).

17.

МАГНИТНЫЙ ПОТОК
Произведение магнитной индукции на величину
какой-либо поверхности в магнитном поле,
расположенной перпендикулярно направлению
магнитных линий, называется магнитным
потоком, пронизывающим эту поверхность.
Таким образом, обозначив магнитный
поток буквой Ф, получим Ф=ВS, где S —
площадь поверхности, пронизываемой
магнитным потоком, Вб (Вебер)

18.

МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК.
Число, показывающее, во сколько раз абсолютная
магнитная проницаемость
данной среды
больше магнитной постоянной , называется
относительной магнитной проницаемостью
или сокращенно магнитной проницаемостью,
т. е.

19.

величина, являющаяяся
коэффициентом, отражающая
свойства среды.
магнитная постоянная,
характеризующая магнитные
свойства вакуума
=

20.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ПРОВОДНИКОВ С ТОКАМИ
Если два или несколько
проводников, по которым
проходят электрические
токи, расположить
параллельно, то эти
проводники в
зависимости от
направлений токов в них
будут взаимно
притягиваться или
отталкиваться.

21.

22.

Соленоид, содержащий железный
сердечник, называется
электромагнитом.

23.

СХЕМА НАМАГНИЧИВАНИЯ
СТАЛЬНОГО СЕРДЕЧНИКА

24.

ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Свойство электрического тока создавать магнитное
поле широко используется на практике.
Железный или стальной стержень, помещенный
внутрь соленоида, при пропускании тока по
соленоиду приобретает магнитные свойства.
Стержень магнитотвердой стали вследствие
большой величины коэрцитивной силы,
свойственной этому материалу, в значительной
мере сохраняет магнитные свойства после
исчезновения тока.

25.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

26.

ПОЕЗД НА МАГНИТНОЙ
ПОДУШКЕ

27.

Электромагниты нашли широкое
применение в подъемных и тормозных
устройствах, для закрепления в станках
стальных обрабатываемых деталей, в
электроавтоматах, реле и других
устройствах.

28.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
В 1820 г Эрстед обнаружил действие
проводника с током на магнитную стрелку.

29.

«ПРЕВРАТИТЬ МАГНЕТИЗМ
В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО…»
Английский физик Майкл
Фарадей, узнав об опытах
Эрстеда, поставил перед
собой задачу – «превратить
магнетизм в
электричество». Решал эту
задачу в течение 10 лет – с
1821 по 1831 г. Фарадей
доказал, что магнитное
поле может порождать
электрический ток.

30.

Способы наведения ЭДС индукции в
замкнутых контурах:

31.

СПОСОБЫ НАВЕДЕНИЯ ЭДС ИНДУКЦИИ В ЗАМКНУТЫХ
КОНТУРАХ:

32.

Выполнение условия возникновения ЭМИ –
изменение магнитного потока через
контур – можно осуществить двумя
способами:
Движение
контура в
постоянном
магнитном поле
Изменение во
времени
магнитного
поля, в котором
покоится контур

33.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Электрические токи, возникающие при
изменение магнитного потока в течение
времени, называются индукционными, а
причина, вызывающая появление
индукционных токов, электродвижущей
силой индукции.

34.

Правило Ленца: знак «-» (минус)
указывает на то, что ток, созданный
ЭДС индукции, препятствует
причине, вызвавшей эту ЭДС.

35.

ДВИЖЕНИЕ КОНТУРА В
ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Индукционный ток
при движении
проводящего контура
в постоянном
магнитном поле
вызывает сила
Лоренца,
действующая на
свободные заряды в
проводнике

36.

СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА
ЗАРЯЖЕННУЮ ЧАСТИЦУ,
ДВИЖУЩУЮСЯ В МАГНИТНОМ
ПОЛЕ, НАЗЫВАЕТСЯ СИЛОЙ
ЛОРЕНЦА.

37.

НАПРАВЛЕНИЕ ЭДС ИНДУКЦИИ В ПРОВОДНИКЕ,
ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМСЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ,
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПО ПРАВИЛУ ПРАВОЙ РУКИ:

38.

ИЗМЕНЕНИЕ ВО ВРЕМЕНИ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ, В КОТОРОМ
ПОКОИТСЯ КОНТУР
Индукционный ток в
неподвижном
замкнутом контуре,
находящемся в
переменном
магнитном поле,
вызывается
электрическим
полем, порождаемым
переменным
магнитным полем
(вихревым
электрическим

39.

Если проводник перемещается
в магнитном поле в
направлении,
перпендикулярном магнитным
силовым линиям этого поля:
Если проводник пересекает
магнитные линии под какимлибо углом,

40.

ЗНАЧЕНИЕ ЭМИ ДЛЯ ФИЗИКИ
И ТЕХНИКИ
На явлении ЭМИ основано
действие генераторов
электрического тока на всех
электростанциях Земли.
Немецкий физик Генрих
Гельмгольц сказал: «Пока
люди будут пользоваться
благами электричества, они
будут помнить имя
Фарадея».

41.

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ.
Индукционные токи возникающие не
только в изолированных проводниках и
обмотках, но и в сплошных металлических
массах генераторов, электромагнитных
аппаратов и механизмов, которые
подвергаются действию изменяющихся
магнитных полей, называют вихревыми.

42.

ВО ИЗБЕЖАНИЕ ПОТЕРЬ НА ВИХРЕВЫЕ ТОКИ
СЕРДЕЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ
(ТРАНСФОРМАТОРОВ, ДРОССЕЛЕЙ,
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И Т. Д.) СОБИРАЮТ ИЗ ТОНКИХ
ЛИСТОВ СТАЛИ, ПОКРЫТЫХ БУМАГОЙ, ОКАЛИНОЙ ИЛИ
ИЗОЛИРУЮЩИМ ЛАКОМ

43.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ:

44.

САМОИНДУКЦИЯ
Схема к возникновению ЭДС самоиндукции.

45.

ЧТОБЫ УСТРАНИТЬ САМОИНДУКЦИЮ,
ПРОВОЛОКУ, ПРИМЕНЯЕМУЮ ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕОСТАТА, СГИБАЮТ ВДВОЕ И
В ТАКОМ ВИДЕ НАВИВАЮТ НА КАРКАС.

46.

ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ
ПРИСУЩЕ НЕ ТОЛЬКО ОБМОТКАМ,
НО И ПРЯМОУГОЛЬНЫМ
ПРОВОДНИКАМ. В ЭТОМ СЛУЧАЕ
ЭДС САМОИНДУКЦИИ ВЫЗЫВАЕТСЯ
МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ,
ВОЗНИКАЮЩИМ В КОНТУРЕ,
ОГРАНИЧЕННОМ ДВУМЯ
ПРОВОДНИКАМИ ИЛИ
ПРОВОДНИКАМИ И ЗЕМЛЕЙ, ЕСЛИ
ПОСЛЕДНЯЯ СОСТАВЛЯЕТ ЭЛЕМЕНТ
ЦЕПИ.

47.

Ф=LI
ИЛИ
L= Ф/I.
Величина L называется индуктивностью
проводника. Если в цепи, обладающей
индуктивностью L ток в течение
(с)
изменяется на величин
(А), то в такой цепи
возникает ЭДС самоиндукции:

48.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
При включении этой цепи, ток не сразу достигает
установившегося значения. При постепенном возрастании тока
в окружающем пространстве возникает магнитное поле и в нем
происходит накопление части энергии, израсходованной
источником тока.

49.

ГРАФИК, ПОКАЗЫВАЮЩИЙ НАРАСТАНИЕ ТОКА В ЦЕПИ С
ИНДУКТИВНОСТЬЮ, И УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ТАКОЙ
ЦЕПИ.

50.

ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ НАКОПЛЕНИЯ
ЭНЕРГИИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

51.

ВЗАИМОИНДУКЦИЯ.
Схема к возникновению ЭДС взаимоиндукции в
замкнутых витках.

52.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЭДС ВЗАИМОИНДУКЦИИ ОБЪЯСНЯЕТСЯ
ТЕМ, ЧТО КОНТУР ЗАМКНУТОГО ПРОВОДНИКА
ПРОНИЗЫВАЕТСЯ ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ
ПОТОКОМ, КОТОРЫЙ СОЗДАЕТСЯ ТОКОМ, ПРОХОДЯЩИМ
ПО СОСЕДНЕМУ ПРОВОДНИКУ.
где М —коэффициент взаимной индукции,
зависящий от геометрических размеров контуров и
их взаимного расположения.

53.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Как убедиться в том, что катушка с током имеет
полюсы — северный и южный? Где они находятся?
2. У зажимов аккумулятора не оказалось пометок о том,
какой из них «плюсовой» и какой — «минусовой». Можно
узнать это, имея компас?
3. Магнитная стрелка, помещенная около провода,
отклонилась при пропускании по нему тока. За счет
какого вида энергии совершена работа, необходимая
для поворота стрелки?
4. Изготовляя самодельный электромагнит, можно ли
неизолированный провод наматывать на железный
сердечник?
5. Почему магнитное действие катушки, по которой идет
ток, усиливается, когда в нее вводят железный
сердечник?
6. При погрузке подъемным электромагнитным краном
стальных предметов очень часто они не отпадают от
электромагнита после выключения тока в его обмотке.
Что следует сделать, чтобы предметы отпали?

54.

1. От чего зависит направление силы,
действующей на проводник с током,
находящийся в магнитном поле?
2. Какими способами создается магнитное поле в
электродвигателе?
3. Проволочный виток с током вращается в
магнитном поле. За счет какой энергии
совершается механическая работа по вращению
рамки?
4. Как можно показать, что магнитное поле
действует на проводник с током?
5. Почему в метро применяют только
электрические двигатели, а не тепловые?
6. На какие части рамки не действуют силы со
стороны магнитного поля?

55.

Как формируется правило левой руки?
Что такое электромагнит?
Как формируется правило правой руки?
В чем заключается явление самоиндукции?
Как определяется энергия магнитного
поля?
Что представляет собой явление
взаимоиндукции?