"Физика", Кривченко И.В.
Магнитное поле создают не только постоянные магниты, но и электрический ток. Его обнаруживают по действию на магнитную стрелку или проводник с током. Катушка с током работает как магнит, а железный сердечник усиливает её действие: так получается электромагнит. Его удобно включать и выключать, а силу можно менять. Эти явления помогают понять, как устроены простейшие электродвигатели и другие электрические устройства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — особая форма взаимодействия, которую создают магниты и электрический ток. Оно действует на магниты и проводники, по которым идёт ток. Это понятие помогает объяснить, как магнит влияет на предметы, даже если не касается их.
Магнитные полюса — области магнита, где его действие проявляется сильнее всего; их называют северным и южным. У магнита всегда есть оба полюса, даже если его разделить на части: у каждой части появятся северный и южный полюса. Одноимённые полюса отталкиваются, а разноимённые притягиваются, поэтому обозначения полюсов помогают предсказывать взаимодействие магнитов.
Магнитное поле тока — поле, возникающее вокруг проводника, по которому движутся электрические заряды. Его наличие можно установить по действию на компасную стрелку. Это связывает электрические явления с магнитными и позволяет обнаруживать ток не только по нагреванию или свечению.
Электромагнит — катушка с электрическим током, обычно с помещённым внутрь железным сердечником. Катушка создаёт магнитное поле, а сердечник усиливает её действие. Электромагнит нужен там, где магнитное действие требуется включать и выключать или менять его силу.
Магнитное поле нельзя увидеть напрямую, поэтому его обнаруживают по тому, как оно действует на магнитную стрелку. Компас устанавливают рядом с предполагаемым источником и сравнивают положение стрелки до и после его включения. Если стрелка поворачивается, значит, на неё действует поле. Поворот происходит потому, что стрелка сама является маленьким магнитом и стремится занять определённое положение в окружающем поле.
Когда по проводнику идёт ток, вокруг него возникает магнитное поле. Это можно проверить с помощью компаса: при замыкании цепи стрелка отклоняется, а при размыкании возвращается к прежнему направлению. Если поменять местами соединения источника тока, направление тока в проводе изменится, а вместе с ним изменится и направление магнитного поля. Поэтому стрелка отклонится в другую сторону.
Катушка — это провод, согнутый в большое число витков. Магнитное действие каждого витка складывается с действием остальных, поэтому поле всей катушки заметнее, чем поле одного прямого провода. Внутрь катушки часто помещают железный сердечник: под действием поля он намагничивается и усиливает общее магнитное действие. Сочетание катушки с током и сердечника образует сильный электромагнит.
Электромагнит отличается от постоянного магнита тем, что его действие связано с током. Разомкнули цепь — ток прекратился и магнитное действие катушки исчезло; замкнули — оно появилось снова. Если увеличить силу тока или число витков, действие обычно становится сильнее. Так можно управлять магнитным действием устройства, не меняя его на постоянный магнит.
Проводник с током в магнитном поле испытывает действие силы. В рамке простейшего электродвигателя ток идёт по сторонам, расположенным по-разному относительно магнитного поля, поэтому на них действуют силы, направленные в разные стороны. Эти силы создают вращение рамки. Если изменить направление тока, изменится направление действия сил, и вращение пойдёт в противоположную сторону.
| Источник поля | Как обнаружить поле | Что влияет на действие | Пример применения |
|---|---|---|---|
| Постоянный магнит | Поднести компас или другой магнит | Расстояние и взаимное расположение полюсов | Компас, магнитная застёжка |
| Прямой проводник с током | Поставить рядом магнитную стрелку | Сила и направление тока | Опыт с компасом возле провода |
| Катушка с током | Проверить действие компасом или магнитом | Сила тока и число витков | Катушка электромагнитного устройства |
| Катушка с железным сердечником | Проверить притяжение железных предметов | Сила тока, число витков и сердечник | Электромагнитный подъёмник |
Сначала определите источник поля, а затем посмотрите, каким способом его действие можно обнаружить. В третьем столбце указаны факторы, которые помогают сравнить или усилить действие источников. Примеры показывают, где магнитное действие используют на практике.
Задача 1. Рядом с компасом расположили проводник. При замыкании цепи стрелка отклонилась; объясните наблюдение и укажите, что изменится при перемене направления тока. Нужно связать изменение положения стрелки с появлением поля, а затем проследить, что произойдёт при смене направления тока.
Ответ. Стрелка отклонилась из-за магнитного поля тока. При изменении направления тока поле также изменит направление, и стрелка повернётся в противоположную сторону.
Задача 2. Сравнивают два электромагнита: у первого больше витков в катушке, у второго сильнее ток. Определите, какие изменения могут усилить действие каждого. Здесь нужно отдельно учесть число витков и силу тока: оба фактора влияют на магнитное действие катушки.
Ответ. Для первого можно увеличить ток, для второго — число витков. Железный сердечник усиливает действие каждого электромагнита, а безопасность цепи при увеличении тока необходимо учитывать.
Задача 3. В простейшем электродвигателе рамка с током находится в магнитном поле. Объясните, почему она начинает вращаться и что произойдёт при изменении направления тока. Разберите, как действие поля на проводники превращается в движение рамки.
Ответ. Рамка вращается из-за действия магнитного поля на её проводники с током. Если изменить направление тока, направление вращения изменится на противоположное.
Ошибка — считать, что магнитное поле создают только постоянные магниты. Так можно подумать, если помнить лишь о привычных магнитах, но ток тоже создаёт поле; проверить это можно опытом с компасом у провода. Если стрелка отклоняется при включении цепи, значит, источник поля — ток.
Ошибка — направлять магнитное поле вдоль проводника, потому что ток течёт по проводу. На самом деле поле возникает вокруг проводника, а его направление не совпадает с направлением тока. Проверьте себя компасом: стрелка показывает действие поля сбоку от провода, а при перемене тока её отклонение меняется.
Ошибка — считать, что железный сердечник сам по себе превращает катушку в электромагнит. Сердечник усиливает поле катушки, но для этого нужен ток; без тока катушка не создаёт такого магнитного действия. Чтобы проверить рассуждение, выясните, замкнута ли электрическая цепь.
Ошибка — думать, что усилить электромагнит можно только увеличением тока. Ток действительно влияет на действие, но важны также число витков и наличие железного сердечника. Перед выводом сравните все эти условия: возможно, силу можно увеличить, добавив витки или сердечник, а не меняя ток.
Для понимания темы нужны знания об электрическом токе, электрической цепи и направлении тока. Понятие силы и взаимодействия помогает объяснить, почему магнитное поле действует на проводник с током и приводит его в движение. Эти знания пригодятся при изучении электродвигателей и других устройств, в которых электрический ток связан с магнитным действием.
Как узнать, есть ли вокруг проводника магнитное поле?
Поместить рядом с проводником компас и пропустить по нему ток. Если стрелка повернётся, значит, на неё действует магнитное поле. Для проверки нужно сравнить её положение до и после включения тока.
Почему магнитная стрелка отклоняется рядом с проводом, по которому идёт ток?
Электрический ток создаёт вокруг проводника магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку и поворачивает её. Поэтому отклонение стрелки служит признаком поля.
Что произойдёт с магнитным полем проводника, если изменить направление тока?
Изменится направление магнитного поля вокруг проводника. Поэтому компас рядом с ним отклонится в противоположную сторону. Сам факт существования поля при этом не исчезнет, пока по проводу идёт ток.
Зачем в электромагнит помещают железный сердечник?
Железный сердечник усиливает магнитное действие катушки с током. Поэтому электромагнит может притягивать больше железных предметов, чем такая же катушка без сердечника. Сердечник не заменяет ток: без него устройство не работает как электромагнит.
Как можно усилить действие электромагнита?
Можно увеличить силу тока или число витков катушки. Также используют железный сердечник, который усиливает действие катушки. Изменения нужно проводить так, чтобы электрическая цепь оставалась безопасной.
Тема 10. Электромагнитные явления
