"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Проводник с электрическим током создаёт вокруг себя магнитное поле и может действовать на магнитную стрелку или другой проводник с током. По форме магнитных линий можно понять свойства поля прямого провода, кругового витка и катушки. Направление поля находят правилом правой руки, а действие катушки усиливают увеличением тока, числа витков и введением железного сердечника. Эти знания лежат в основе работы электромагнитов и электродвигателей.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Магнитное поле — область пространства, в которой обнаруживается действие магнитных сил. Его создают движущиеся электрические заряды и проводники с током. Это понятие помогает объяснить, почему ток способен влиять на магнитную стрелку.
Магнитное действие тока — способность проводника с током создавать магнитное поле и взаимодействовать с магнитами и другими проводниками с током. Такое действие не сводится к нагреванию провода. Благодаря ему работают электромагниты, реле и двигатели.
Магнитные линии — условные линии, показывающие направление магнитного поля. В каждой точке линии указывают направление, куда повернулся бы северный полюс магнитной стрелки. Их густота позволяет сравнивать относительную силу поля: чем линии гуще, тем поле сильнее.
Соленоид — длинная цилиндрическая катушка с током, магнитное поле которой по свойствам близко к полю постоянного магнита. У него можно выделить северный и южный полюса. Поэтому соленоид используют там, где требуется управляемый магнит.
Опыт Эрстеда показывает магнитное действие тока: стрелка возле проводника отклоняется, когда по нему идёт ток. Отклонение означает, что на стрелку действует магнитная сила. Следовательно, источник поля находится не в самом магните, а в движущихся зарядах проводника.
Два параллельных проводника с током взаимодействуют потому, что каждый из них создаёт магнитное поле. Поле первого действует на движущиеся заряды второго, а поле второго — на заряды первого. В результате возникают силы, направленные к проводникам при одинаковых токах и в разные стороны при противоположных.
Вокруг прямого проводника магнитные линии имеют форму концентрических окружностей с центром на оси провода. Такая форма связана с тем, что пространство вокруг длинного провода одинаково устроено во всех направлениях, перпендикулярных его оси. Поэтому на одинаковом расстоянии от провода поле имеет одинаковое направление по касательной к окружности.
Направление линий находят правилом правой руки: большой палец направляют по условному току, а согнутые пальцы показывают направление линий вокруг прямого провода. Для катушки пальцы направляют по току в витках, и тогда большой палец указывает поле внутри неё и северный полюс. Правило работает именно для условного направления тока — от положительного полюса к отрицательному.
Поле катушки усиливается при увеличении силы тока, потому что каждый виток создаёт более сильное поле. Увеличение числа витков складывает действия витков, поэтому поле внутри катушки также становится сильнее. Железный сердечник дополнительно усиливает поле и превращает катушку в электромагнит, которым можно управлять включением и выключением тока.
| Система токов | Форма магнитных линий | Определение направления поля | Как усилить действие |
|---|---|---|---|
| Прямой проводник с током | Концентрические окружности вокруг провода | Правило правой руки: большой палец по току | Увеличить силу тока |
| Круговой проводник с током | Линии проходят через центр витка и замыкаются снаружи | Согнутые пальцы по току, большой палец показывает поле в центре | Увеличить силу тока или добавить витки |
| Катушка (соленоид) с током | Внутри почти параллельные линии, снаружи — линии, похожие на поле магнита | Пальцы по току в витках, большой палец указывает северный полюс | Увеличить ток или число витков |
| Катушка с железным сердечником | Более густые линии внутри сердечника и у полюсов | Правило правой руки для катушки | Увеличить ток, число витков или использовать железный сердечник |
Сначала по таблице определяют форму проводника, затем выбирают подходящее правило направления поля. Последний столбец показывает, как сделать магнитное действие сильнее. Для катушки особенно эффективно сочетание нескольких способов.
Условие: вертикальный прямой проводник пропускает ток вверх. Требуется определить направление магнитных линий около него. Рассмотрим ситуацию сверху, чтобы направление было удобно описать.
Ответ: магнитные линии являются окружностями вокруг проводника и при взгляде сверху направлены против часовой стрелки.
Условие: сравнить действие двух параллельных проводников, если токи направлены сначала в одну, а затем в противоположные стороны. Нужно определить, будут ли проводники притягиваться или отталкиваться.
Ответ: при токах в одну сторону проводники притягиваются, при токах в противоположные стороны — отталкиваются.
Условие: по заданному направлению тока в витках катушки определить её северный и южный полюса и предложить способ усиления поля. Сам рисунок для решения не нужен: достаточно проследить ток на одной стороне витков.
Ответ: северный полюс находится со стороны, куда направлен большой палец правой руки; усилить катушку можно током, витками и железным сердечником.
Путают направление тока с движением электронов. Электроны движутся от отрицательного полюса к положительному, а условный ток считают направленным от положительного к отрицательному. Проверка: в правиле правой руки всегда ориентируйте большой палец по условному току.
Считают, что магнитное поле бывает только рядом с постоянным магнитом. На самом деле его создаёт любой проводник с током, что подтверждается отклонением магнитной стрелки. Проверка: спросите себя, есть ли в системе движущиеся заряды.
Неверно применяют правило правой руки и ставят большой палец поперёк или против тока. Из-за этого все линии поля получают противоположное направление. Проверка: сначала явно отметьте стрелкой ток, затем совместите с ним большой палец.
Полагают, что любые два проводника с током отталкиваются. Для параллельных проводников токи одного направления вызывают притяжение, а противоположных — отталкивание. Проверка: сначала сравните направления токов, а уже потом выбирайте ответ.
Для понимания темы нужно знать, что электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Также необходимо уметь определять условное направление тока в цепи. Эти знания нужны для применения правила правой руки.
Тема подготавливает изучение магнитной индукции и силы Ампера. Позже станет понятно, как магнитное поле действует на проводник с током. Это приведёт к объяснению работы электродвигателей.
Магнитные свойства проводников используются в электромагнитах и реле. Они также важны для измерительных приборов и электрических машин. Изменяя ток, можно управлять силой магнитного действия устройства.
Почему проводник с током может отклонять магнитную стрелку?
Движущиеся электрические заряды создают магнитное поле. Поэтому вокруг проводника с током возникает поле, которое действует на магнитную стрелку и поворачивает её.
Как определить направление магнитного поля вокруг прямого проводника?
Нужно применить правило правой руки: большой палец направляют по условному току, а согнутые пальцы показывают направление магнитных линий. Линии идут по окружностям вокруг проводника.
Почему два проводника с током притягиваются или отталкиваются?
Поле первого проводника действует на ток во втором, а поле второго — на ток в первом. При одинаковом направлении параллельных токов проводники притягиваются, при противоположном — отталкиваются.
Как определить северный полюс катушки с током?
Согните пальцы правой руки по направлению тока в витках. Большой палец укажет направление магнитного поля внутри катушки и на её северный полюс.
Какими способами можно усилить магнитное действие катушки?
Нужно увеличить силу тока или число витков катушки. Ещё один способ — вставить внутрь катушки железный сердечник.
2. Магнитные свойства проводников с токами
