Магнитное действие тока в картинках из старого диафильма

Опыты с магнитами

Магнит — это тело, обладающее магнитным полем. В природе магниты встречаются в виде кусков камня — магнитного железняка (магнетита). Он очень похож на железную руду и отличается тем, что может притягивать к себе другие такие же камни.

Название происходит от названия гор и местности Магнисия в Малой Азии, где в древности были обнаружены залежи магнитита. Но на многих языках мира слово «магнит» значит просто «любящий» — это осмысление его способности притягивать к себе.
Свойства магниов широко используются в технике и в быту.

Магнитами поднимают тяжелые грузы на заводах, магнитные приборы используют в больницах для лечения и диагностики, магниты помогают людям ориентироваться в пространстве, с помощью неодимовых магнитов делается слышимым звук в телефонной трубке и динамике магнитофона и телевизора, информацию в компьютере и на пластиковые карточки записывают при помощи намагничивания.
Свойства магнитов часто кажутся чуть ли не волшебством. Мы вместе с детьми поставили несколько опытов по определению этих свойств. И даже сделали одну игру:)

Опыт 1. Какие материалы притягивает магнит?

Возьмите предметы, сделанные из разных материалов: кусок ткани, бумажку деревянную зубочистку, железную скрепку, камень, стеклянный шарик, алюминиевую крышку и т.п. Предложите детям подносить к ним по очереди магнит. Какой из этих материалов притянется к магниту?

Для детей обычно бывает большим открытием, что не все блестящие штучки сделаны из железа. Оказывается, что не все, они привыкли называть «железкой» (а это и алюминий, и никель, и другие металлы) магнит не притягивает.

Вывод

Магнит притягивает к себе только железо.

Задачка на сообразительность. 

Насыпьте в миску манку и закопайте в нее скрепки. Как можно быстро их собрать? В ответ дети могут предложить несколько вариантов: на ощупь, просеять или воспользоваться только что определенным нами свойством магнита притягивать все железное.

Опыт 2. Магниты действуют на расстоянии.

Нарисуйте на бумаге линию и положите на нее скрепку. Теперь потихоньку пододвигайте к этой линии магнит. На каком-то расстоянии от линии скрепка вдруг «скакнет» и прилипнет к магниту. Отметьте это расстояние. 

Проведите этот же опыт с другими магнитами. Можно увидеть, что одни из них сильные — примагничивают скрепку с более далекого расстояния, другие слабые — примагничивают скрепку с близкого расстояния. Причем, это расстояние напрямую не зависит от величины самого магнита, а только от его магнитных свойств. 

Вывод

Вокруг магнита есть что-то, чем он может действовать на предметы на расстоянии. Это что-то назвали «магнитным полем».

Задача на сообразительность. 

В миску налейте сантиметра на два воды. И бросьте в нее скрепку. Как, не замочив рук (или каких-нибудь других предметов), вытащить скрепку из воды? Дети, внимательно следившие за предыдущим опытом, сразу догадаются, что это можно сделать магнитом, используя его свойство действовать на расстоянии.

Опыт 3. Магнит имеет два полюса.

Если взять два любых кусочка магнита и поднести их друг к другу, то окажется, что они одним концом притягиваются, а другим — отталкиваются.

Один конец называется южным или положительным полюсом магнита и помечается знаком «+». Другой конец — северный (отрицательный) полюс магнита, помечается знаком «-«.

Магниты притягиваются друг к другу разноименными полюсами, а отталкиваются одноименными. 

Попросите ребенка взять два магнита и определить, складывает он их одинаковыми полюсами или разными?

Задача на сообразительность.

Посмотрите на эту игрушку: если фигурку ведьмочки подвигать к метле, то последняя начинает от ведьмочки убегать. На чем основан этот фокус? Зная о свойствах полюсов магнита, нетрудно догадаться,  что и в фигуре ведьмочки, и в метле спрятаны магниты, ориентированные друг к другу одноименными полюсами.

Опыт 4. Как увидеть магнитное поле?

В предыдущем опыте мы поняли, что вокруг магнита есть что-то, что мы назвали магнитным полем. Мы можем его почувствовать, но не можем видеть. Как же нам сделать его видимым? Очень просто! Надо насыпать на лист бумаги немного металлических опилок (они есть, например, в наборе «Юный химик»).

Если поднести снизу бумаги магнит, то опилки «оживают». Они топорщатся, ощетиниваются, рисуют «морозные узоры». Если положить магнит полностью под пятно с опилками, можно заметить, что все опилки расположатся вокруг магнита по определенным линиям. Это и есть линии магнитного поля.

Они идут их положительного полюса к отрицательному.

Вывод

Магнитное поле заставляет располагаться железные частички вдоль магнитных линий.

Опыт 5. Магнитные свойства можно передать обычному железу. 

Подвесьте к сильному магниту снизу скрепку. Если поднести к ней еще одну, то окажется, что верхняя скрепка примагничивает нижнюю! Попробуйте сделать целую цепочку из таких висящих друг на друге скрепок. 

Если магнит убрать, то все скрепки рассыпятся. Но попробуйте поднести любую из этих скрепок к другой — увидите, что скрепка сама стала магнитом! 

То же самое произойдет со всеми железными детальками (гвоздиками, гайками, иголками), если они некоторое время побудут в магнитном поле. Атомы внутри них выстроятся в ряд так же, как и атомы в магнитном железе, и они приобретут свое собственное магнитное поле. 

Но это поле очень недолговечное. Искусственное намагничивание легко уничтожить, если просто резко стукнуть предмет. Или нагреть его до температуры выше 60 градусов. Атомы внутри предмета от этого потеряют свою ориентацию, и железо снова станет обычным.

Вывод

Магнитное поле можно создать искусственно.

Опыт 6. Магнитное поле Земли.

Компас был изобретен в древнем Китае. Предложите детям воспроизвести это изобретение. Для этого понадобится иголка и миска с водой. 

Уберите от места проведения опыта магнит и другие источники магнитного поля (мобилки, компьютеры, динамики). Намагнитьте иголку магнитом. После этого смажьте ее растительным маслом и аккуратно положите на поверхность воды.

Благодаря силе поверхностного натяжения иголка не утонет, а останется свободно плавать. И не просто плавать — она развернется в воде в каком-то определенном положении. Сколько бы раз вы не проводили опыт, она всегда будет так поворачиваться.

Сличите показания иголки и магнитной стрелки компаса – они должны совпасть.

Вывод

Наша планета Земля — это огромный магнит, полюса которого находятся совсем рядом от географических полюсов планеты. Магнитное поле всех наших магнитов взаимодействует с ее магнитным полем. На этом основана работа компаса, магнитная стрелка которого выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля Земли, всегда показывая на север.

P.S. Этот пост был написан специально для проекта  «Сказки и опыты», который я проводила совместно с Марией Юнак.

Источник: http://www.tavika.ru/2013/02/experiments-with-magnets.html

Электромагнетизм

ПодробностиКатегория: Электричество и магнетизмОпубликовано 14.05.2015 17:30Просмотров: 6769

Явления, возникающие в результате взаимодействия электричества и магнетизма, называют электромагнетизмом.

Открытие электромагнетизма

Ханс Кристиан Эрстед

Первооткрывателем электромагнетизма считается датский физик Ханс Кристиан Э́рстед, обнаруживший воздействие электрического тока на магнит.

До начала XIX века никто не предполагал, что электричество и магнетизм что-то связывает. И даже разделы физики, в которых они рассматривались, были разными. Доказательство существования такой связи было получено Эрстедом в 1820 г.

во время проведения опыта на лекции в университете. На экспериментальном столе рядом с проводником тока находился магнитный компас. В момент замыкания электрической цепи магнитная стрелка компаса отклонилась от своего первоначального положения.

Повторив опыт, Эрстед получил такой же результат.

Опыт Эрстеда

В последующих опытах учёный натягивал металлическую проволоку между двумя стойками. Магнитная стрелка располагалась под ней. До того как по проволоке пропускался ток, стрелка была ориентирована с севера на юг.

После замыкания электрической цепи она устанавливалась перпендикулярно проволоке. Эксперименты проводились в разных условиях. Магнитная стрелка помещалась под колпак, из которого выкачивался воздух.

Но независимо от среды, она упорно отклонялась от своего первоначального положения, как только по проводнику шёл ток. Это означало, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действовали силы, стремящиеся повернуть её. Эрстед нашёл объяснение этому.

Он предположил, что электрический ток, протекающий по проводнику, создаёт магнитное поле. Так экспериментально была открыта связь между электрическими и магнитными явлениями.

Магнитное поле прямого проводника с током

Силовые линии проводника с током

Как и магнитное поле, образованное постоянным магнитом, магнитное поле проводника с током характеризуется силовыми линиями.

Если прямой проводник, по которому идёт ток, пропустить через отверстие в листе картона, на котором рассыпаны мелкие железные или стальные опилки, то они образуют концентрические окружности, центр которых располагается на оси проводника. Эти окружности представляют собой силовые линии магнитного поля проводника с током.

Но если придать проводнику другую форму, картина будет иная.

Магнитное поле катушки с током 

Магнитное поле соленоида 

Изогнув спиралью проводник с током, мы получим соленоид (от греческого «трубка»). Силовые линии создаваемого им магнитного поля представляют собой замкнутые линии. Наиболее часто они расположены внутри витков.

Если намотать изолированную проволоку на каркас таким образом, чтобы витки располагались вплотную друг к другу, то получится катушка. При пропускании через неё тока создаётся магнитное поле, и катушка начинает притягивать металлические предметы.

Это притяжение значительно усиливается, если вставить в катушку стальной или железный стержень, который называют сердечником.  Ток создаёт магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Затем магнитное поле сердечника складывается с магнитным полем самого соленоида, тем самым увеличивая его.

Катушку с сердечником называют электромагнитом.

Простейший электромагнит

Магнитное поле электромагнита можно регулировать, увеличивая или уменьшая силу тока или количество витков в обмотке. Каждый виток создаёт своё магнитное поле. И чем больше витков в электромагните, тем сильнее его поле. Соответственно, если уменьшить количество витков, то магнитное поле ослабляется.

Первый электромагнит создал английский инженер Уильям Стёрджен в 1825 г. Его устройство представляло собой стержень изогнутой формы, сделанный из мягкого железа и покрытый лаком для изоляции от провода. На стержень был намотан толстый провод из меди. 

Рисунок электромагнита Стёрджена

В современных электромагнитах сердечники изготавливают из ферромагнетиков – веществ, которые обладают высокой намагниченностью при температуре ниже точки Кюри даже в отсутствии внешнего магнитного поля. Для обмотки применяют изолированный алюминиевый или медный провод.

Применение электромагнитов

Электромагнитный кран

Обычно электромагнит – это катушка из проволоки, намотанной на ферромагнитный сердечник. Сердечник может иметь самую разную форму. Он является частью магнитопровода, через который проходит магнитный поток, возбуждаемый электрическим током. Другая, подвижная, часть магнитопровода – якорь, который передаёт усилие.

Читайте также:  Как сделать термопару

Применяются электромагниты в различных электротехнических устройствах, телефонах, автомобилях, телевизорах, электрических звонках и др.

С помощью электромагнита можно притягивать, удерживать и перемещать тяжёлые металлические детали и предметы, сортировать магнитные и немагнитные вещества На металлургических заводах используют электромагнитные подъёмные краны, станки с магнитными столами, на которых изделие закрепляют электромагнитами. В медицине с их помощью извлекают попавшие в глаз металлические опилки.

Параллельные проводники в магнитном поле

Проводники с током в магнитном поле

Продолжив исследования Эрстеда, Ампер подтвердил магнитное действие электрического тока, обнаружив, что проводники с током взаимодействуют друг с другом.

Причём, если токи в параллельных проводниках текут в одном направлении, то проводники притягиваются. Если же направление токов в таких проводниках противоположно, то они отталкиваются.

Более того, Ампер вывел закон, названный впоследствии его именем (закон Ампера), и позволяющий определять величину силы, с которой взаимодействуют проводники с током.

Нужно заметить, что Ампер исследовал проводник в магнитном поле, созданном не постоянным магнитом, а другим проводником с током.

Два параллельных проводника с током взаимодействуют с силой, пропорциональной величинам токов в элементарных отрезках и обратно пропорциональной расстоянию между ними.

Объединив электричество и магнетизм, Ампер назвал новую область физики электродинамикой.

Действие магнитного поля на проводник с током

Проводник с током в магнитном поле

Опыт Эрстеда демонстрирует действие электрического тока на магнит. Но может ли магнит оказывать действие на проводник с током? Оказывается, да.

Подвесим проводник между полюсами постоянного магнита. Как только по нему пойдёт ток, проводник будет втягиваться внутрь магнита или же выталкиваться за его пределы в зависимости от направления тока и расположения полюсов магнита.

Сила, действующая на проводник, называется силой Ампера.

Её величина зависит от величины тока I, длины участка проводника в магнитном поле l, величины магнитной индукции поля B и величины угла α между направлением тока и вектором магнитной индукции:

F =l·B·sinα

Как видим, наибольшее значение силы будет в том случае, если проводник расположен таким образом, что направление тока в нём перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции. В этом случае sinα = 1.

Если же направления тока и вектора магнитной индукции совпадают, то сила Ампера равна нулю, и магнитное поле на проводник с током в этом случае не действует.

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки: Если проводник с током расположить таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь левой руки, а направление тока совпадало с направлением 4 пальцев, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера.

Действие магнитного поля на рамку с током

Рамка с током в магнитном поле 

Электрический ток всегда замкнут, поэтому прямолинейный проводник можно рассматривать как часть электрической цепи.

Как же ведёт себя в магнитном поле замкнутый контур?

Если вместо гибкого проводника между полюсами магнита поместить проволоку, изогнутую в виде жёсткой рамки, то в начальный момент такая рамка установится параллельно линии, соединяющей полюса магнита.

В этот момент вектор магнитной индукции параллелен двум сторонам рамки и расположен в её плоскости.

После включения тока рамка начнёт поворачиваться и установится таким образом, что линии магнитного поля будут пронизывать её плоскость.

Вращение рамки объясняется действием на неё сил Ампера.

Каждую из сторон рамки по отдельности можно рассматривать как проводник с током. Согласно закону Ампера на них действует сила Ампера. Её направление определяется с помощью правила левой руки.

Очевидно, что силы, действующие на противоположные стороны прямоугольной рамки, будут равны по величине и противоположны по направлению из-за разного направления токов в них.

На стороны рамки, расположенные параллельно линиям магнитной индукции, силы не действуют, так как угол α между вектором магнитной индукции и направлением тока равен 0, следовательно, sinα также равен нулю.

Угол между вектором индукции и направлением тока в вертикальных сторонах рамки равен 90о. Следовательно, sinα = 1, а модуль силы, действующей на каждую из них, равен

F = I·B·a, где а – длина стороны рамки.

Силы создают вращающий момент, скалярная величина которого равна

M = I·S·B

Под действием этого момента рамка начинает поворачиваться.

В любой промежуточный момент M = I·S·B·sinβ,гдеβ – угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

При повороте этот угол меняется, уменьшается величина   силы, и постепенно рамка занимает положение перпендикулярно вектору магнитной индукции. В этом случае вращающий момент становится равным нулю. (М = 0).

На принципе поворота рамки с током в магнитном поле основана работа простейшего электродвигателя.

Если отключить ток в тот момент, когда рамка ещё не достигла устойчивого положения, она повернётся по инерции и остановится. При включении тока она снова начнёт вращаться.

Включая и выключая ток в нужный момент, можно добиться непрерывного вращения рамки. На этом принципе основана работа простейшего электродвигателя постоянного тока.

Чтобы рамка вращалась непрерывно, необходимо, чтобы ток поступал каждые пол-оборота. В двигателе эту функцию выполняет устройство, которое называют коллектором. Он состоит из двух металлических полуколец.

К ним припаяны концы рамки. Когда подключается ток, рамка совершает пол-оборота. Вместе с ней поворачиваются и полукольца коллектора.

В результате контакты рамки переключаются, ток в ней меняет своё направление, и рамка продолжает вращаться безостановочно.

Двигатели постоянного тока используются в тяговых электроприводах электровозов, трамваев, тепловозов, теплоходов. Электрический стартер автомобиля – это тоже двигатель постоянного тока. Микродвигатели приводят в действие детские игрушки, электроинструменты, компьютерные устройства, швейные машинки, пылесосы, бормашины и др.

Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/elektrichestvo-i-magnetizm/442

Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. 8 класс. Физика. — Объяснение нового материала

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.

Рис. Притяжение железных опилок катушкой с током

Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис.).

Рис. Полюсы катушки с током

Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис.). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис.).

Рис. Магнитные линии катушки с током

Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.

На рисунке изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис.) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.

Рис.  Действие магнитного поля катушки

Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис.).

Рис.  Действие магнитного поля катушки с железным сердечником

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.

Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

Рис.  Дугообразный электромагнит

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис.).

Рис.  Применение электромагнитов

На рисунке показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков.

Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5.

Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.

Рис.  Магнитный сепаратор

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

  1. В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
  2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
  3. Что называют электромагнитом?
  4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?
  5. Как устроен магнитный сепаратор для зерна?

Задание 2. СДЕЛАЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ САМ

Источник: https://www.kursoteka.ru/course/2015/lesson

Магнитное поле и электромагнетизм

Магнит — это тело, которое образует вокруг себя магнитное поле.

Сила, созданная магнитом, будет действовать на определенные металлы: железо, никель и кобальт. Предметы из этих металлов притягиваются магнитом.

(спичка и пробка не притягиваются, гвоздь только к правой половине магнита, скрепка — к любому месту)

Существуют две области, где сила притяжения максимальна. Они называются полюсами. Если магнит подвесить на тонкой нитке, то он развернется определенным образом. Один конец всегда будет указывать на север, а второй — на юг. Поэтому один полюс называют северным, а другой — южным.

Читайте также:  Экономическая сущность компенсации реактивной мощности

Можно наглядно рассмотреть действие магнитного поля, образованного вокруг магнита. Поместим магнит на поверхность, на которую предварительно насыпали металлические опилки.

Под действием магнитного поля опилки расположатся в виде эллипсоподобных кривых. По виду этих кривых, можно представить, как располагаются в пространстве линии магнитного поля.

Их направление принято обозначать с севера на юг.

Если мы возьмем два одинаковых магнита и попытаемся приблизить их полюсами, то выясним, что разные полюса притягиваются, а одинаковые — отталкиваются.

Наша Земля также имеет магнитное поле, называемое магнитным полем Земли. Стрелка северным концом всегда показывает на север. Следовательно, северный географический полюс Земли является южным магнитным полюсом, так как противоположные магнитные полюса притягиваются. Аналогично, южный географический полюс является северным магнитным полюсом.

Электромагнит

Стрелка компаса северным концом всегда показывает на север, так как притягивается южным магнитным полюсом Земли.

Если поместить компас под проволоку, которая натянута в направлении с севера на юг и по которой течет ток, то мы увидим, что магнитная стрелка отклонится. Это доказывает, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле.

Если расположить несколько компасов под проволокой, по которой течет электрический ток, то мы увидим, что все стрелки отклонятся на одинаковый угол. Это значит, что магнитное поле, создаваемое проволокой, одинаково на разных участках. Поэтому можно сделать вывод, что линии магнитного поля для каждого проводника имеют вид концентрических окружностей.

Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки. Для этого необходимо мысленно обхватить правой рукой проводник с электрическим током таким образом, чтобы вытянутый большой палец правой руки показывал направление электрического тока, тогда согнутые пальцы покажут направление линий магнитного поля.

Если мы скрутим металлическую проволоку в спираль и пустим по ней электрический ток, то магнитные поля каждого отдельного витка суммируются в общее поле спирали.

Действие магнитного поля спирали аналогично действию магнитного поля постоянного магнита. Этот принцип лег в основу создания электромагнита. У него, как и у постоянного магнита, есть южный и северный полюса. Северный полюс находится там, откуда выходят линии магнитного поля.

Сила постоянного магнита не изменяется с течением времени. У электромагнита это по-другому. Изменить силу электромагнита можно тремя способами.

Первый способ. Поместим внутрь спирали металлический сердечник. При этом действия магнитного поля сердечника и магнитного поля спирали суммируются.

Второй способ. Увеличим количество витков спирали. Чем больше витков у спирали, тем больше действие силы магнитного поля.

Третий способ. Увеличим силу электрического тока, который протекает в спирали. Магнитные поля отдельных витков возрастут, следовательно, суммарное магнитное поле спирали также усилится.

Громкоговоритель

В устройство громкоговорителя входит электромагнит и постоянный магнит. Электромагнит, который связан с мембраной громкоговорителя, надевается на жестко закрепленный постоянный магнит.

При этом мембрана остается подвижной. Пропустим через электромагнит переменный электрический ток, вид которого зависит от звуковых колебаний.

Так как изменяется электрический ток, то в электромагните изменяется действие магнитного поля.

Вследствие этого электромагнит будет притягиваться или отталкиваться от постоянного магнита с различной силой. Причем мембрана громкоговорителя будет совершать точно такие колебания, как и электромагнит. Таким образом, то, что было сказано в микрофон, мы услышим через громкоговоритель.

Звонок

Электрический дверной звонок можно отнести к разряду электрических реле. Причиной прерывающегося звукового сигнала являются периодические замыкания и размыкания электрической цепи.

При нажатии кнопки звонка электрическая цепь замыкается. Язычок звонка притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик. При этом язычок размыкает электрическую цепь.

Ток перестает течь, электромагнит не действует и язычок возвращается в исходное положение. Электрическая цепь вновь замыкается, язычок снова притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока мы нажимаем на кнопку звонка.

Электромотор

Установим свободно вращающуюся магнитную стрелку перед электромагнитом и раскрутим ее. Мы можем поддерживать это движение, если будем включать электромагнит в тот момент, когда магнитная стрелка поворачивается одним и тем же полюсом к электромагниту.

Силы притяжения электромагнита достаточно, чтобы вращательное движение стрелки не прекращалось.

(на картинке магнит получает импульс всякий раз, когда красная стрелка находится рядом и нажимается кнопка. Если нажать кнопку, когда рядом зеленая стрелка, электромагнит останавливается)

Этот принцип заложен в основу электродвигателя. Только в нем вращается не магнитная стрелка, а электромагнит, называющийся якорем, в статично закрепленном подковообразном магните, который называется статором. Из-за повторяющихся замыканий и размыканий цепи, электромагнит, т.е. якорь, будет непрерывно вращаться.

Электрический ток попадает на якорь посредством двух контактов, представляющих собой два изолированных полукольца. Это приводит к тому, что электромагнит постоянно меняет полярность.

При нахождении разнополярных полюсов один против другого, двигатель начинает замедлять вращение. Но в этот момент электромагнит меняет полярность, и теперь один против другого находятся одинаковые полюса.

Они отталкиваются, и мотор продолжает вращение.

Генератор

Подключим к концам спирали вольтметр и начнем раскачивать перед ее витками постоянный магнит. При этом вольтметр покажет наличие напряжения. Из этого можно заключить, что на электропроводник влияет изменяющееся магнитное поле.

Из этого следует закон электроиндукции: на концах индукционной катушки будет существовать напряжение до тех пор, пока катушка находится в изменяющемся магнитном поле.

Чем больше витков у индукционной катушки, тем большее напряжение возникает на ее концах. Напряжение можно увеличить, усилив магнитное поле или заставив его быстрее меняться. Металлический сердечник, вставленный внутрь индукционной катушки, увеличивает индукционное напряжение, так как магнитное поле усиливается из-за намагничивания сердечника.

(магнитом начинают сильнее махать перед катушкой, в результате чего стрелка вольтметра отклоняется намного больше)

Генератор — это противоположность электромотора. Якорь, т.е. электромагнит, вращается в магнитном поле постоянного магнита. Из-за вращения якоря действующее на него магнитное поле постоянно меняется.

Вследствие чего изменяется возникшее индукционное напряжение. Во время полного оборота якоря напряжение половину времени будет положительно и половину — отрицательно.

Примером этого является ветряной генератор, который создает переменное напряжение.

Трансформатор

Согласно закону индукции напряжение возникает, если меняется магнитное поле в индукционной катушке. Но магнитное поле катушки будет меняться только в том случае, если в ней возникает переменное напряжение.

Магнитное поле меняется от нуля до конечной величины. Если подключить катушку к источнику напряжения, то возникшее вследствие этого переменное магнитное поле, создаст кратковременное индукционное напряжение, которое будет противодействовать основному напряжению.

Чтобы наблюдать возникновение индукционного напряжения, необязательно использовать две катушки. Это можно сделать и с одной катушкой, но тогда такой процесс называется самоиндукцией.

Напряжение в катушке достигает своего максимума через некоторое время, когда магнитное поле перестанет изменяться и станет постоянным.

Таким же образом меняется магнитное поле, если мы отключаем катушку от источника напряжения. В этом случае, тоже возникает явление самоиндукции, которое противодействует падающему напряжению. Поэтому напряжение падает до нуля не мгновенно, а с определенным запозданием.

Если мы постоянно подключаем и отключаем источник напряжения к катушке, то магнитное поле вокруг нее будет постоянно меняться. Одновременно возникает и переменное индукционное напряжение. Теперь вместо этого, подключим катушку к источнику переменного напряжения. Спустя некоторое время возникает переменное индукционное напряжение.

Подключим первую катушку к источнику переменного напряжения. Благодаря металлическому сердечнику возникшее переменное магнитное поле будет действовать и на вторую катушку. Это означает, что переменное напряжение можно передать из одной цепи электрического тока в другую, даже если эти цепи не будут связаны одна с другой.

Если мы возьмем две одинаковые по параметрам катушки, то во второй мы можем получить такое же напряжение, что действует на первую катушку. Это явление используется в трансформаторах. Только целью трансформатора является создать во второй катушке другое напряжение, отличное от первой. Для этого вторая катушка должна иметь большее или меньшее количество витков.

Если в первой катушке было 1000 витков, а во второй — 10, то напряжение во второй цепи будет составлять лишь сотую часть от напряжения в первой. Зато сила тока повышается практически в сто раз. Поэтому трансформаторы высокого напряжения необходимы для создания большой силы тока.

Источник: http://phscs.ru/physicsus/magnet

Соленоид. Электромагниты. Все о магнитах :: Класс!ная физика

СОЛЕНОИД

ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида.

Соленоид становится магнитом.
Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении

через нее электрического тока и отпадают при отключении тока.

Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки, от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке.

Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки

___

Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли
подобно свободно вращающейся магнитной стрелке.

Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, — южным полюсом магнита-соленоида.
___

Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.

Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые
и направлены снаружи катушки от северного полюса к южному полюсу. ___

Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида.

Здесь магнитное поле однородно, его напряжённость пропорциональна силе тока и числу витков.
Внешнее магнитное поле соленоида неоднородно. ____

Соленоид с сердечником во внутренней полости представляет собой электромагнит.Электромагнит – это устройство, состоящее из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается при прохождении по обмотке электрического тока и притягивающегося якоря.

Обмотка выполняется из изолированного алюминиевого или медного провода. Существуют также электромагниты с обмоткой из сверхпроводящих материалов. Сердечники изготавливают из стали или чугуна, или железоникелевых ( железокобальтовых ) сплавов, которые с целью уменьшения вредных вихревых токов выполняют не цельными, а из набора листов.

Дуугообразный электромагнит используется для поднятия тяжестей. Через катушку пропускается электрический ток, в результате намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом.

Действие электромагнита зависит как от силы магнитного поля, так и от силы и направления электрического тока в обмотке.

Полезные свойства электромагнитов:
быстро размагничиваются при выключении тока, можно изготовить любых размеров, при работе можно регулировать магнитное действие,

Читайте также:  Как работают устройства автоматики повторного включения (апв) в электрических сетях

меняя силу тока в цепи.

___

В основном область применения электромагнитов — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей , в магнитофонах.

Электромагниты применяются и в электроизмерительных приборах. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура.

СДЕЛАЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ САМ

ИЗ ИСТОРИИ

СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

Вильям Стержен ) (1783–1850)

— английский инженер электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса ( 200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа). Первые электромагниты В.Стержена:

Первые электромагниты, когда ещё не умели изготавливать изолированную проволоку, делали так: железный стержень обматывали шелком, поверх него наматывали проволоку так, чтобы витки не соприкасались!

  Джозеф Генри ) (1797–1878)

— американский физик, работы по электричеству и магнетизму. Усовершенствовал электромагнит.
В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку.

Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев.
Исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита.

Создал 29 килограммовый магнит, удерживающий гигантский по тем временам вес — 936 кг.

Дж. Генри сконструировал праобраз электромагнитного телеграфа, который состоял из батареи и электромагнита, соединенных медным проводом длиной в милю (1.85 км), протянутого по стенам лекционного зала.

Сэмюэл Финли Бриз Морзе

— публично продемонстрировал практически пригодную телеграфную систему, которую позднее назвали телеграфным аппаратом Морзе.

Электрические импульсы, переданные аппаратом Морзе по проводам на расстояние 2-х миль (3.7 км),

привели в действие электромагнит и на бумажной ленте точками и черточками чернил (кодом Морзе) были напечатаны символы первого телеграфного сообщения.

ЧИТАЕМ !

Электромагниты Дж. Генри.

«Ювелирные» соленоиды.

Телеграф С. Морзе.

Тайны магнита.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?

Почему для переноски раскаленых болванок нельзя воспользоваться электромагнитом? — потому, что чистое железо, нагретое выше 767 градусов, совершенно не намагничивается!

САМЫЙ — САМЫЙ!!! Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме.

Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

___

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская область.

ЗНАКОМЬТЕСЬ!

«ШАТТЛ» на электромагнитной тяге.

Японцы придумали «ювелирные» соленоиды.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

Электромагнитные подъемные краны

На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без их крепления. Здесь используются электромагниты.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна железяка не упадет с него.   Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали. На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления.

После того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз,

ток же во время транспортировки прерывается.

В морских портах для перегрузки металлолома используются , наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность до 64 тонн,
а отрывное усилие до 128 тонн.

В зависимости от назначения электромагниты могут весить от долей грамма до сотен тонн и потреблять электрическую мощность — от долей ватта до десятков мегаватт.

Электрический звонок

принципиальная электрическая схема

Школьный звонок, квартирный звонок имеют подобную электрическую схему.
После подсоединения контактов 1 и 2 к выходу источника тока по замкнутой цепи начинает протекать электрический ток ( часть якоря Я выполняет роль проводника в этой эл. цепи, именно через якорь течет эл. ток и только первоначальное положение якоря создает замкнутую эл. цепь). Вокруг электромагнита Э возникает магнитное поле и притягивает к себе железный якорь Я. Электрическая цепь размыкается и магнитное поле пропадает. Якорь возвращается в первоначальное положение, ударяясь своим другим концом о металлическую чашку (слышен звук удара). При возвращении якоря в первоначальное положение цепь опять замыкается, и по ней снова начинает течь электрический ток. Опять образуется вокруг электромагнита магнитное поле, и все начинается по новой.

Автопогрузчик с магнитным ковшом

Обычный автопогрузчик для сбора металлолома оборудован электромагнитом. Разбросанные по земле железяки сами притягиваются внутрь ковша, облегчая погрузку и перенос груза.

Очиска крови с помощью электромагнита

Очень перспективный метод очистки крови при серьезных заражениях крови, которые не поддаются медикаментозной очистке, разработан медиками. Создан безвредный для организма солевой раствор, содержащий мельчайшие железные шарики, покрытые реагентом.

Реагент способен «прилипать» к определенному виду вредных микробов, которые появляются в крови человека при болезнях.

Раствор вводится в организм человека, а затем кровь с раствором пропускается через электромагнитную установку, которая «отлавливает» и удаляет из крови железные частицы с налипшими на них бактериями.

Электромагнитный скоростной транспорт

Перспективно использование электромагнитов на скоростных транспортных средствах

для создания » магнитной подушки».

или

Смотри другие страницы по теме «Всё о магнитах»:

Магнитное поле

Постоянные магниты

Органические магниты

Магнитные жидкости

Электромагниты

Электромагниты Дж. Генри

Телеграф С. Морзе

«Ювелирные» соленоиды

«Шаттл» на электромагнитной тяге

Опыты с магнитными иголками

Опыт: влияние температуры на свойства магнита

Магнитное поле Земли

Можно ли намагнитить шар?

Намагничивание в магнитном поле Земли

Часы и магнетизм

«Поющие» магниты

Размагничивание

Дрейф магнитных полюсов Земли

«Магометов гроб»

Проект магнитного транспорта

Лечение магнитами

Магнитная летательная машина

Сражение марсиан с земножителями

Магнитный вечный двигатель

Магнитные фокусы

Оружие 21 века

Как влияет электросмог на всё живое?

Как работает микроволновка?

Загадки Николы Тесла

О полярных сияниях

Научные игрушки с элементами «антигравитации»

Применение электромагнита

Бури, которые не видит глаз

Может ли бритва самозатачиваться?

Источник: http://class-fizika.narod.ru/8_m3.htm

Действие магнитного поля на ток. Правило левой руки. — Основы электроники

Поместим между полюсами магнита проводник, по кото­рому протекает постоянный электрический ток. Мы тотчас же заметим, что проводник будет выталкиваться полем магнита из междуполюсного пространства.

Объяснить это можно следующим образом. Вокруг провод­ника с током (Рисунок 1.) образуется собственное магнитное поле, силовые линии которого по одну сторону проводника направ­лены так же, как и силовые линии магнита, а по другую сто­рону проводника — в противопо­ложную сторону.

Вследствие это­го с одной стороны проводника (на рисунке 1 сверху) маг­нитное поле оказывается сгущен­ным, а с другой его стороны (на рисунке 1 снизу) — разрежен­ным. Поэтому проводник испыты­вает силу, давящую на него вниз. И если проводник не закреплен, то он будет перемещаться.

Рисунок 1. Действие магнитного поля на ток.

Правило левой руки

Для быстрого определения направления движения провод­ника с током в, магнитном поле существует так называемое правило левой руки (рисунок 2.).

Рисунок 2. Правило левой руки.

Правило левой руки состоит в следую­щем: если поместить левую руку между полюсами маг­нита так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца ру­ки совпадали с направлением тока в проводнике, то боль­шой палец покажет направ­ление движения проводника.

Итак, на проводник, по которому протекает электри­ческий ток, действует сила, стремящаяся перемещать его перпендикулярно магнитным силовым линиям. Опытным путем можно определить величину этой силы.

Оказы­вается, что сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока в проводнике и длине той части проводника, которая нахо­дится в магнитном поле (рисунок 3 слева).

Это правило справедливо, если проводник расположен под прямым углом к магнитным силовым линиям.

Рисунок 3. Сила взаимодействия магнитного поля и тока.

Если же проводник расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, а, например, так, как изобра­жено на рисунке 3 справо, то сила, действующая на проводник, будет пропорциональна силе тока в проводнике и длине проекции части проводника, находящейся в магнитном поле, на плос­кость, перпендикулярную магнитным силовым ли­ниям. Отсюда следует, что если проводник паралле­лен магнитным силовым линиям, то сила, дейст­вующая на него, равна нулю. Если же проводник перпендикулярен направ­лению магнитных силовых линий, то сила, действую­щая на него, достигает наибольшей величины.

Сила, действующая на проводник с током, зави­сит еще и от магнитной индукции. Чем гуще рас­положены магнитные си­ловые линии, тем больше сила, действующая на проводник с током.

Подводя итог всему изложенному выше, мы можем действие магнитного поля на проводник с током выразить следующим правилом:

Сила, действующая на проводник с током, прямо пропорциональна магнитной индукции, силе тока в проводнике и длине проекции части проводника, находящейся в магнитном поле, на плоскость, перпендикулярную маг­нитному потоку.

Необходимо отметить, что действие магнитного поля на ток не зависит ни от вещества проводника, ни от его сечения. Дей­ствие магнитного поля на ток можно наблюдать даже при от­сутствии проводника, пропуская, например, между полюсами магнита поток быстро несущихся электронов.

Действие магнитного поля на ток широко используется в науке и технике.

На использовании этого действия основано устройство электродвигателей, превращающих электрическую энергию в механическую, устройство магнитоэлектрических приборов для измерения напряжения и силы тока, электроди­намических громкоговорителей, превращающих электрические колебания в звук, специальных радиоламп — магнетронов, катодно-лучевых трубок и т. д. Действием магнитного поля на ток пользуются для измерения массы и заряда электрона и даже для изучения строения вещества.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник: http://www.sxemotehnika.ru/deystvie-magnitnogo-polya-na-tok-pravilo-levoy-ruki.html

Ссылка на основную публикацию