Магнитные линии постоянного магнита: Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

взаимодействие с объектами, магнитное поле, размагничивание

Постоянные магниты – это вещества, которые обладают постоянной магнитной силой. Концы постоянных магнитов называются полюсами. У каждого магнита два полюса: северный (N) и южный (S). На некоторых магнитах они отмечены двумя цветами (чаще всего синим и красным).

Постоянные магниты в отличие от электромагнитов, не требуют электричества для создания своего магнитного поля. Постоянные магниты всегда состоят из ферромагнитных материалов, элементарные магниты которых, атомные спины, выровнены параллельно в процессе намагничивания. Это может произойти при охлаждении расплавленных ферромагнитных пород. Такая горная порода (магнетиты) была исторически найдена древними греками около города Магнесия (город в Малой Азии). Таким образом, город Магнезия является историческим эпонимом магнетизма.

Небольшие постоянные магниты используются для сбора мелких металлических деталей или для крепления легких предметов к магнитным доскам. Например, наконечники некоторых отверток намагничены, что позволяет удерживать металлический винт в поворотном шлице. Постоянные магниты также используются там, где необходимо создать электрический ток в небольших генераторах с помощью электромагнитной индукции. Примером этого является динамо-машина для велосипеда.

Как магниты взаимодействуют с другими объектами?

Ещё древнегреческий ученый Фалес Милетский заметил, что предметы из магнетита взаимодействуют с предметами, содержащими железо.

Поднося магнит к предметам, изготовленным из различных материалов, можно установить, что магнитом притягиваются очень не многие из них. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы, гораздо слабее никель и кобальт. Вообще не притягиваются магнитами тела из цветным металлов, например, медь, алюминий и другие.

Постоянные магниты могут притягивать ферромагнитные вещества (например, железо) или отталкивать друг друга на одноименных полюсах (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу). По сути, тела, длительное время сохраняющие намагниченность, и есть постоянные магниты или просто магниты.

Северный полюс постоянного магнита притягивает южный полюс другого постоянного магнита и наоборот. Между одноименными полюсами (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу), напротив, действуют отталкивающие магнитные силы.

Рис. 1. Постоянные магниты

Однако постоянные магниты могут быть получены и искусственным путем. В этом процессе сильные ферромагнитные металлы, обычно сплавы, такие как самарий-кобальт, намагничиваются сильным внешним магнитным полем. Этот процесс намагничивания демонстрирует так называемый гистерезис, то есть несимметричное поведение материала при увеличении и последующем уменьшении внешнего магнитного поля. Гистерезис возникает потому, что выравнивание элементарных магнитов в ферромагните стабилизируется обменным взаимодействием, поэтому материал, который уже был намагничен, имеет другие свойства, чем ферромагнит, который еще не был намагничен.

Благодаря гистерезису магнитное поле сохраняется в ферромагните даже при отключении внешнего магнитного поля. Таким образом, намагниченный материал становится постоянным магнитом. Оставшаяся плотность магнитного потока называется остаточной намагниченностью.

Магнитное поле постоянных магнитов.

Магниты взаимодействуют не только с другими объектами, но и друг с другом. Пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы, называется магнитным полем.

---

А именно, если приблизить красный северный полюс стержневого магнита к северному полюсу второго, вращающегося магнита, то северный полюс этого магнита отворачивается от северного полюса стержневого магнита, – это работает как сила между двумя северными полюсами магнитов, и два одинаковых полюса отталкиваются друг от друга.

Если, с другой стороны, приблизить зеленый южный полюс стержневого магнита к красному северному полюсу вращающегося магнита, то северный полюс повернется к южному полюсу стержневого магнита. Между двумя разными полюсами также действует сила. Два разных полюса притягиваются друг к другу.

В обоих случаях действует следующее: если вы снова уберете стержневой магнит, поворотный магнит вернется в исходное положение. Применимо следующее: чем больше расстояние между полюсами, тем меньше силовое воздействие и, следовательно, отклонение магнита.

Силовое воздействие между полюсами магнитов

---

С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов. Рисунок 2 даёт представление о картине магнитного поля полосового магнита. Как магнитные линии магнитного поля электрического тока, так и магнитные линии магнитного поля магнита – это замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с электрическим током.

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

Рис. 2. Опыт с железными опилками, которые расположились согласно силовым линиям магнитного поля полосового магнита

Что произойдет, если мы попытаемся разделить один магнит на два? Если мы повторим эксперименты с каждым из кусочков, мы обнаружим, что вокруг каждого из них есть магнитное поле. Оказалось, что из одного магнита были созданы два магнита. Мы никогда не можем получить один магнитный полюс. Как итог, магнитные полюса в магнитах всегда расположены попарно.

Размагничивание.

Размагничивание постоянного магнита возможно под воздействием тепла, сильной механической вибрации или сильного внешнего магнитного поля.

В то время как электромагнит может быть выключен простым выключением электрического тока, а полярность можно изменить, изменив направление электрического тока на противоположное, “выключить” постоянный магнит не представляется возможным. Отсюда и термин “постоянный”.

Постоянный магнит остается магнитным до тех пор, пока выравнивание атомных спинов не будет снова нарушено внешним воздействием (тепло, сильные удары, магнитные поля). Тогда магнитные силы исчезают, и материал приходится намагничивать заново. В крайних случаях материал может быть даже поврежден. Поэтому каждый постоянный магнит имеет максимальную рабочую температуру. При превышении этой температуры возможны повреждения. Выше температуры Кюри, характерной для конкретного материала, магнит в любом случае полностью размагничивается.

Сила магнитного поля постоянного магнита.

Сила магнитного поля постоянного магнита зависит от используемого материала, а также от точности, с которой осуществляется намагничивание материала. Намагничивание приводит к высокой остаточной намагниченности только в том случае, если достигается полное выравнивание всех спинов атомов. Для этого требуются подходящие материалы и технические ноу-хау.

Как описывается уравнениями Максвелла, – магнитные поля всегда исходят от движущихся зарядов. Существуют только магнитные поля, обусловленные движением заряда, которые всегда создают магнитное поле с северным и южным полюсом.

Силы магнитного поля постоянных магнитов объясняются микроскопическим движением зарядов в веществе. Например, электроны в атомах движутся с огромной скоростью. Электроны имеют характерный электронный спин. Из общего состояния движения электронов возникает магнитный момент и, следовательно, сила магнитного поля.

Магнитные силы всегда действуют вдоль магнитного поля. Это может быть представлено линиями поля. Линии поля также указывают направление и величину магнитных сил.

Рис. 3. Магнитное поле постоянного магнита

На рисунке 3 вы можете видеть, что петля проводника с электрическим током (слева) создает магнитное поле. Величина этого магнитного поля измеряется магнитным моментом. В ферромагнитном материале существует множество магнитных моментов (центр рисунка). Если все они выровнены параллельно, создается постоянный магнит. Постоянный магнит имеет магнитное поле, идентичное магнитному полю катушки. На представленном рисунке схематично обозначены только несколько линий магнитного поля.

Постоянные магниты могут быть изготовлены в широком разнообразии форм. Например, подковообразный магнит показан на рисунке 3 справа. В подковообразном магните северный и южный полюса расположены напротив друг друга. Поскольку линии магнитного поля всегда замкнуты как единое целое, они проходят от северного полюса к южному, а затем возвращаются к северному полюсу в материале. В воздушном пространстве подковообразного магнита это приводит к однородному магнитному полю с силовыми линиями, проходящими параллельно между полюсами.

магнитная индукция, направление, поле постоянного магнита и соленоида

Физика

12.11.21

8 мин.

Устройство магнитного поля представляют с помощью силовых линий. Также их называют интегральными кривыми. Они показывают, как расположились бы свободные стрелки компаса в поле. В зависимости от формы магнита, схема направления магнитных линий будет различаться. Самые известные примеры — картина поля постоянных магнитов, соленоидов, проводников с током.

Оглавление:

• Магнитная индукция
• Свойства силовых линий
• Как увидеть строение поля
• Различные схемы направления

Магнитная индукция

Эта величина — главная характеристика магнитного поля. Она определяет его силу в конкретной точке пространства и показывает, как магнит воздействует на электрический заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Понятие индукции необходимо не только при описании магнитов и их полей, но и во всей теории электромагнетизма.

Почему вокруг проводника с током возникают силовые линии? Взаимосвязь магнетизма и электричества была изучена Майклом Фарадеем. Именно он установил, что переменное электрическое поле создает постоянное магнитное, а переменное у магнита — постоянное электрическое.

Магнитная индукция — векторная величина. Направление этого вектора совпадает со свободной стрелкой компаса или с перпендикуляром к витку с током. Определить, куда направлен ток или силовые линии, можно с помощью правила буравчика или правой руки.

Линии магнитной индукции построены таким образом, что в каждой их точке индукция направлена по касательной к кривой. Модуль вектора тем больше, чем сильнее поле.

Свойства силовых линий

Особенности этих кривых связаны со свойствами самого поля. Для линий магнитной индукции характерно:

1. Они замкнуты или начинаются и заканчиваются в бесконечности (например, для бесконечного соленоида)
2. Нигде не прерываются.
3. Имеют определенное направление, зависящее от того, куда идет ток.
4. Чем сильнее поле, тем более густо расположены его линии.

Свойства замкнутости и непрерывности кривых связано с тем, что магнитных зарядов, подобных электрическим, не существует. Любой, даже самый маленький магнит имеет 2 полюса. Если его разрезать, каждая часть получит свои собственные полюса: северный и южный. Интегральные кривые поля вокруг постоянного магнита выходят из одного полюса и заходят в другой.

Это важное отличие магнитного поля от электрического. Интегральные кривые электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, поэтому они разомкнуты.

Электрические заряды можно разделить.

Как увидеть строение поля

Впервые увидеть картину поля удалось в 1269 году, когда Петр Перегрин насыпал на постоянный сферический магнит небольшие железные иголки. Они выстроились в определенном порядке, расположившись по кривым, выходящим из одной точки и входящим в другую. Эти линии и называются теперь магнитными.

На сферическом магните точки, в которых сходились кривые, выглядели как полюса на глобусе и по аналогии с ними были названы. Позже было установлено, что Земля сама является огромным магнитом.

Эрстед с помощью своего знаменитого опыта установил влияние электричества на магнитную стрелку. Если поместить ее рядом с проводником, при пропускании тока по проводу указатель поворачивается перпендикулярно ему. Он повернется на 180 градусов, если пустить электроток в обратную сторону.

Увидеть строение поля можно с помощью железных опилок. Если их насыпать на неметаллическую пластину и поместить над магнитом, опилки выстроятся как раз по силовым кривым поля.

Различные схемы направления

У постоянного полосового магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, огибая магнит. Так же выглядит поле катушки (соленоида) с током, но в этом случае направление кривых зависит от направления тока. Они выходят из того полюса, где ток входит в катушку. При этом внутри катушки поле однородно, линии параллельны друг другу. Если представить бесконечный соленоид, все его поле будет находиться внутри катушки и будет однородным.

У дугообразного (подковообразного) магнита линии соединяют северный и южный полюса. Внутри дуги они прямые, а за ее пределами огибают магнит.

Поле прямого проводника с током имеет вид окружностей, перпендикулярных проводнику и имеющих центр в нем самом. Если пустить ток в противоположную сторону, кривые тоже станут направлены противоположно.

Направление окружностей определяется по правилу часовой стрелки или буравчика:

1. Если ток по проводнику течет в сторону наблюдателя, линии направлены по часовой стрелке.
2. Их направление совпадает с вращения винта (буравчика), который движется вдоль тока (закручивается, если от наблюдателя, и выкручивается, если к человеку).

Для витка с током справедливы подобные правила, но с некоторыми изменениями:

1. Правило часов: силовые линии направлены к наблюдателю, если он видит, что ток течет по часовой стрелке.
2. Правило буравчика: направление кривых совпадает с движением винта, который крутят так же, как идет ток.

Чем меньше расстояние до проводника, тем гуще расположены окружности. По мере удаления они постепенно разрежаются. Это показывает, что магнитное поле ослабевает при удалении от проводника.

Не успеваете написать работу?

Заполните форму и узнайте стоимость

Вид работыПоиск информацииДипломнаяВКРМагистерскаяРефератОтчет по практикеВопросыКурсовая теорияКурсовая практикаДругоеКонтрольная работаРезюмеБизнес-планДиплом MBAЭссеЗащитная речьДиссертацияТестыЗадачиДиплом техническийПлан к дипломуКонцепция к дипломуПакет для защитыСтатьиЧасть дипломаМагистерская диссертацияКандидатская диссертация

Контактные данные – строго конфиденциальны!

Указывайте телефон без ошибок! – потребуется для входа в личный кабинет.

* Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Подтверждение

Ваша заявка принята.

Ей присвоен номер 0000.
Просьба при ответах не изменять тему письма и присвоенный заявке номер.
В ближайшее время мы свяжемся с Вами.

Ошибка оформления заказа

Кажется вы неправильно указали свой EMAIL, без которого мы не сможем ответить вам.

Пожалуйста проверте заполнение формы и при необходимости скорректируйте данные.

Источники магнитных полей: поля постоянных магнитов и прямых проводов

Мы начнем рассмотрение источников магнитных полей с самых простых случаи: постоянные магниты и прямые провода.

Постоянные магниты

Постоянные магниты являются наиболее известными источниками магнитных полей. Компас игла представляет собой постоянный магнит, который сам реагирует на постоянный магнит в земная ось. К сожалению, поля постоянных магнитов очень трудно вычислять и требовать понимания сложных ферромагнитных явлений, относящийся как к атомной теории, так и к электромагнетизму. Здесь мы будем просто дать качественную характеристику магнитных полей постоянных магнитов.

По сути, постоянный магнит — это кусок металла с «северным полюсом» и “Южный полюс”. Любой намагниченный кусок металла имеет оба полюса; магнит не может существовать только с одним полюсом. Поскольку магнитного заряда не существует, нет изолированного концентрация магнитного заряда в объекте. Так почему бы просто не взять магнит и разделить его пополам, разделив, таким образом, северный и южный концы? Ну, когда мы попробуйте, получаются два одинаковых магнита меньшего размера, как показано ниже. Опять же, северный или южный конец магнита не может быть изолирован. Рисунок %: а) Постоянный магнит с северным и южным полюсами разбит на две части в б). Каждая деталь становится самостоятельным постоянным магнитом с севером и южные полюса

Хотя мы не можем количественно описать поле постоянного магнита, мы можем показать его форму: Рисунок %: Поле постоянного магнита Линии поля всегда указывают в сторону от северного конца и к южному концу. по форме похоже на электрическое поле между двумя противоположно заряженными частицы. Как мы увидим, это поле очень похоже на поле, созданное катушка с протекающим по ней током (см. соленоид). Постоянные магниты часто используются для создания магнитных полей; эти магниты обычно ориентированы таким образом, что создается однородное поле, поэтому нам не нужно слишком много заботимся о форме их поля.

Магнитное поле прямого провода

Как и магниты, провода с током также создают магнитные поля. Провода и любые формы создают магнитное поле, но прямые провода — самые простые работать с. Пройдя некоторые расчеты, мы займемся более сложными ситуациях, но пока мы рассмотрим самый простой случай: прямой провод.

Форма поля

Как известно, магнитное поле всегда должно быть перпендикулярно направлению электрический ток; с точки зрения поля вокруг провода это означает, что линии поля должны двигаться по кругу вокруг провода, как показано ниже. Рисунок %: Магнитное поле в плоскости, перпендикулярной проводу, несущему текущий я Учитывая, что силовые линии движутся по кругу вокруг провода, как показано, как мы решаем, куда направлены силовые линии? Мы снова пользуемся руками, полагаясь на второе правило правой руки. Возьми правую руку, подними большой палец вверх, как автостопщик, скручивая пальцы вокруг. Если вы укажете большим пальцем на направлении тока, ваши пальцы будут скручиваться в направлении линии поля. Попробуйте это с рисунком выше — во многих отношениях это правило правой руки проще, чем наше первое правило правой руки.

15.3 Постоянные магниты | Магнетизм

Предыдущий 15.2 Магнитные поля

Следующий 15.4 Компас

15.3 Постоянные магниты (ESAEH)

Полюса постоянных магнитов (ЭСЭИ)

Поскольку все домены в постоянном магните выстраиваются в определенном направлении, магнит имеет пару противоположные полюса, называемые север (обычно сокращается до N ) и юг (обычно сокращается до S ). Даже если магнит разрезать на мелкие кусочки, каждая часть по-прежнему будет иметь и полюса N и S. Эти магнитные полюса всегда встречаются парами. В природе мы никогда не находим северный магнитный полюс или южный магнитный полюс сами по себе.

В природе положительные и отрицательные электрические заряды можно найти сами по себе, но вы никогда не найдете просто северный магнитный полюс или южный магнитный полюс самостоятельно. В очень маленьком масштабе, приближаясь к размерам атомов, магнитные поля создаются движущимися зарядами (то есть отрицательно заряженными электронами).

временный текст

Магнитное притяжение и отталкивание (ESAEJ)

Одинаковые (одинаковые) полюса магнитов отталкивают друг друга, а разные (противоположные) полюса притягиваются. Это означает, что два N-полюса или два S-полюса будут отталкиваться друг от друга, в то время как N-полюс и S-полюс будут притягиваться друг к другу. Другой.

Как вы думаете, следующие магниты будут отталкиваться или притягиваться друг к другу?

Нам даны два магнита, северный полюс одного из которых приближается к северному полюсу другого. Поскольку оба полюса являются то же самое, магниты будут отталкиваться друг от друга.

Нам даны два магнита, северный полюс одного из которых приближается к южному полюсу другого. Поскольку оба полюса являются разные, магниты будут притягиваться друг к другу.

temp text

Представление магнитных полей (ESAEK)

Магнитные поля могут быть представлены с использованием линий магнитного поля , начинающихся на севере полюса и заканчивается на Южном полюсе. Хотя магнитное поле постоянного магнита окружает повсюду магнита (во всех трех измерениях), мы рисуем только некоторые линии поля, чтобы представить поле (обычно только двумерное поперечное сечение показано на чертежах).

1. Линии поля никогда крест.

2. Стрелки, нарисованные на линиях поля, указывают направление поля.

3. Магнитное поле направлено от северного к южному полюсу магнита.

В местах с сильным магнитным полем силовые линии располагаются ближе друг к другу. Где поле слабее, силовые линии отдаляются друг от друга. Количество нарисованных силовых линий, пересекающих данную двумерную поверхность называется магнитный поток . Магнитный поток используется как мера сила магнитного поля через эту поверхность.

temp text

Магнитное поле вокруг стержневого магнита

Возьмите стержневой магнит и поместите его под немагнитную тонкую плоскую поверхность (чтобы бумага не сгибалась). Положите лист белой бумаги на поверхность над стержневым магнитом и насыпьте на бумагу несколько железных опилок. Встряхните бумагу, чтобы равномерно распределить железные опилки. В рабочей тетради нарисуйте стержневой магнит и рисунок, образованный железными опилками. Нарисуйте узор, который образуется, когда вы поворачиваете стержневой магнит в другую сторону. угол, как показано рядом.

Железные опилки, обнаруживающие магнитное поле

Фотография oskay на Flickr.com

Как показывают исследования, магнитное поле магнита можно нанести на карту, поместив его под кусок бумаги и посыпать сверху железными опилками. Железные опилки выстраиваются параллельно магнитному полю.

Магнитное поле вокруг пары стержневых магнитов

Возьмите два стержневых магнита и поместите их на небольшом расстоянии друг от друга так, чтобы они отталкивали друг друга. Поместите лист белой бумаги на стержневые магниты и посыпьте бумагу железными опилками. Дайте бумаге встряхните, чтобы равномерно распределить железные опилки. В рабочей тетради нарисуйте магниты и узор. образован железными опилками. Повторите процедуру для двух стержневых магнитов, притягивающих друг друга, и нарисуйте то, что шаблон выглядит как для этой ситуации. Обратите внимание на форму линий, образованных железными опилками. а также их размер и направление для обеих компоновок стержневого магнита. Как выглядит узор например, когда вы кладете оба стержневых магнита рядом?

Как уже говорилось, противоположные полюса магнита притягиваются друг к другу, и сведение их вместе вызывает их силовые линии магнитного поля к сходятся (сходятся). Словно полюса магнита отталкиваются друг от друга и приносят их вместе приводит к тому, что линии их магнитного поля на расходятся на (отклоняются друг от друга).

временный текст

Ферромагнетизм (ESAEL)

Ферромагнетизм — это явление, проявляемое такими материалами, как железо, никель или кобальт. Эти материалы могут образовывать постоянные магниты. Они всегда намагничиваются так, чтобы притягиваться к магниту, независимо от того, какой магнитный полюс подведен к ненамагниченному железу/никелю/кобальту.

temp text

Сохраняемость и магнитные материалы [НЕ ЗАГЛАВНЫМИ БУКВАМИ] (ESAEM)

Способность ферромагнитного материала сохранять свою намагниченность после удаления внешнего поля называется его сохраняемость .

Парамагнитные материалы — это такие материалы, как алюминий или платина, которые намагничиваются в внешнее магнитное поле аналогично ферромагнитным материалам. Однако они теряют свой магнетизм, когда внешнее магнитное поле снимается.

Диамагнетизм проявляют такие материалы, как медь или висмут, которые намагничиваются в магнитное поле с полярностью , противоположной внешнему магнитному полю.