Електромагнітне поле...80 Кирик Л. А. ·«Усі уроки фізики.7...

Електромагнітне поле 10уроків • Взаємодія магнітів і струмів • Магнітне поле • Сила Ампера й сила Лоренца • Магнітні властивості речовини • Явище електромагнітної індукції • Енергія магнітного поля

Тематичне планування

.'М Тема уроку

а/п

1 Взаємодії 111аrнітів і струмів

2 Маrнітне поле

3 Сила Ампера й сила Лоренца

4 Маrнітнівластивостіречовини

5 Електромагнітна індукція

6 Лабораторна робота No 3 •дослідження явища електромагнітної індукції•

7 Енергія магнітного поля котушки зі струмом

8 Змінний струм. Генератор змінного струму

9 Виробництво, передання й використання енергії

електричного струму

10 Тематичне оцінювання з теми •Електромагнітне поле•

Дата

проведеввя

80 Кирик Л. А. ·«Усі уроки фізики. 7 7 клае»

УРОК1/13 ~~~~~~~~~~~~~~

Т•м.. Взаємодії магнітів і струмів

Мете уроку: ознайомити учнів з найnростішими магнітними взаємо

діями.

ТІІІn уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

1. Взаємодія постійних магнітів. Де1111овстраціі 8хв 2. Дослід Ерстеда.

3. Взаємодія провідників зі струмами

Вивчевия 1. Взаємодія магнітів. ВОВОІ'О 27хв 2. Взаємодія магнітів і провідників зі струма.ми. матеріа.11у 3. Гіпотеза Ампера

ЗакріІІJІевия 1. Якісні питання. вивчевоrо 10хв 2. Навчаємося розв'язувати завдання 1111атері&JІУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Взаємодія маrнітів

У будь-якого магніту є два полюси (полюсами магніту називають

ті його частини, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія

магніту). Дослід показує, що однойменні полюси магнітів відштов

хуються, а різнойменні - притягуються.

Виявилося, що взаємодія полюсів магніту дуже схожа на взає

модію електричних зарядів. Більше того, виявилося, що так само,

як і для електричних зарядів, сила взаємодії полюсів убуває обер

нено пропорційно квадрату відстані між ними.

Однак одержати •одиночні• :магнітні полюси (тільки північний

і тільки південний), подібні до позитивних і негативних електрич

них зарядів, виявилося неможливим: якщо розпиляти магніт, ви

ходять два менших :магніти, у кожного з яких є знову два полю

си - північний і південний. Уже в ХХ столітті було встановлено,

що навіть елементарні частинки, такі як протон і електрон, є малю

сінькими магнітами, які мають по два полюси.

Електродинаміка. Електромагнітне поле 81

2. ВзаЕмодія маrнітів і провідників зі струмами Пряме експериментальне виявлеяяя зв'язку між електрични

ми й магнітними явищами відбулося завдяки щасливій випадко

вості. 1820 року данський фізик Х. Ерстед, читаючи лекцію про постійні струми, зверну» увагу на те, що магнітна стрілка, яка пе

ребуває поблизу провідника, повернулася під час увімкнення стру

му. Так було відкрито орієнтувальну дію провідника зі струмом на

постійний магніт.

Після того як були виявлені взаємодії магнітів з магнітами

й електричними струмами з магнітами, постало запитання: чи від

буватиметься магнітна взаємодія між електричними струмами?

Позитивна відповідь на це питання була отримана Ампером.

Він експериментально встановив, що паралельні провідники зі стру

мами взаємодіють.

Виявилося, що паралельні провідники зі струмами взаємоді

ють ОДИН З ОДНИМ:

> якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються, а якщо в протилежних напрямках-то відштовхуються.

Взаємодію провідників зі струмами використовують для визна

чення одиниці сили струму, названої ва честь Ампера ампером.

> Один ампер - це сила такого постійною струму, який під чос проходження через два паралельні прямолінійні нескінченно довгі провідники

дуже малого перерізу, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричиняє між провідниками силу взаємодЇІ~ яка дорівнює

2 .10-1 Н на кожний метр довжини.

Вивчивши взаємодію котушок зі струмами, Ампер виявив, що

воно нагадує взаємодію постійних магнітів: торці котушок притя

гуються або відштовхуються залежно від того, як спрямовані стру

ми в котушках.

3 постійними :магнітами котушки зі струмами теж взаємодіють як магніти: торець котушки притягується до полюса магніту або

відштовхується від нього. Таким чином,

> один торець котушки зі струмом є ії північним полюсом, а інший -південним.

Таким чином, котушка зі струмом за своєю магнітною дією по

дібна до магніту.

Можна дати учням таку схему :магнітних взаємодій:

82 Кирик Л. А. • «Усі уроки фізики. 11 клае»

Маrвітві взаємодії

В. Гільберт магніт~ магніт

Г. Х. Ерстед електричний струм ~ :магніт

А.Ампер електричний струм ~ електричний струм

Взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітни

ми. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, на

зиваються магнітними.

З. Гіпотеза Ампера

Те, що котушки зі струмом і :магніти взаємодіють у подібний

спосіб, навело Ампера на думку. що магнітні властивості постій

них магнітів обумовлені незатухаючими мікроскопічними стру

мами (Ампер називав їх молекулярними), що циркулюють у вих.

Відповідно до цієї гіпотези частинки речовини являють собою ніби

малюсінькі витки зі струмами. Це припущення назвали гіпотезою

Ампера.

Якщо мікроскопічні струми орієнтовані хаотично, зразок не

проявляє магнітних властивостей. А якщо мікроскопічні струми

орієнтовані однаково, то •сусідні• мікроскопічні струми будуть на

прямлені протилежно й тому будуть компенсувати один одного.

А от поблизу поверхні зразка мікроскопічні струми течуть

в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню

зразка. Внаслідок цього зразок стає подібним до котушки зі стру

мом і тому проявляє такі ж :магнітні властивості, як котушка зі

струмом.

Гіпотеза Ампера пояснює, чому не можна роз'єднати полю

си магніту, одержавши •одиночні• полюси: адже кожна половина

магніту знову подібна до котушки зі струмом.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО MATEPIAJIY

Перший рівень

1. Які основні властивості постійних магнітів? 2. Як взаємодіють полюси магнітів?


3. Які явища спостеріrаються в колі, у якій існує електричний

струм?

4. Чи існує зв'язок між електричними й магнітними явищами?

Другий рівекь

1. Як краще розташовувати провідник зі струмом, демонструючи дослід Ерстеда, - уздовж меридіана або уздовж паралелі?

2. Як взаємодіють сусідні витки котушки зі струмом - притягу

ються або відштовхуються?

3. Чи можна виготовити смуговий магніт так, щоб на його кінцях були однойменні полюси?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОrо МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання 1. Чи можна розрізати магніт так, щоб один з отриманих магнітів

мав тільки північний полюс, а інший - тільки південний?

2. Опишіть кілька способів, за допомогою яких можна визначити,

чи намагнічений шматок сталевого дроту.

3. Турист знайшов у лісі сталеве полотно ножівки. Як може він

визначити, чи намагнічене це полотно, якщо в нього немає із

собою предметів з магнітних матеріалів?

2. НавчаЕмося розв'язувати задачі 1. Північний полюс магніту підносять до позитивно зарядженої

тенісної кульки, що висить на нитці. Що спостерігатиметься -притягання або відштовхування?

Як зміниться відповідь, якщо кулька заряджена негативно?

Розв'язання

В обох випадках буде спостерігатися притягання, обумовле

не поділом заряджених частинок у нейтральному тілі (:магніті) під

дією електричного поля. Заміна позитивного заряду кульки на не

гативний і (або) північного магнітного полюса на південний ніяк не

вплине на результат: магнітне поле взагалі не діє на нерухомі заря

джені частинки або тіла.

2. Чи відхилиться магнітна стрілка, якщо її розмістити поблизу рухомого пучка частинок:

а) електронів;


б) атомів;

в) позитивних іонів?

3. У який спосіб можна дізнатися, чи є струм у проводі, не користуючись амперметром?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

• Частини магніту, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія магніту, називають полюсами магніту.

• Північним полюсом магнітної стрілки називають той, котрий указує на північ.

• Однойменні полюси магнітів ві,цштовхуються, а різнойменні -притягуються. Тому за допомогою :магнітної стрілки можна ви

значати, який полюс магніту північний, а який - південний.

• Провідник зі струмом діє на розташований поблизу його постійний магніт.

• Паралельні провідники зі струмами взаємодіють один з одним: якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притя

гуються, а якщо в протилежних напрямках - те відштовху

ються.

• Котушки зі струмами взаємодіють так само, як постійні :магніти.

• Гіпотеза Ампера: магнітні властивості постійних магнітів обу

мовлені незатухаючими •молекулярними• струмами, що цир

кулюють у них.

Домвwне: пвдвння

Підр.: § 13.


Т8М8. Магнітне поле

Мета уроку: сформувати подання учнів npo магнітне поле як виді матерії.

ТІІn уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

1. Які взаємодії називають магнітними?

Коитроm. 2. У чому полягало відкриття Ерстеда?

5хв 3. У чому проявляється магнітна діл звав•

електричного струму?

4, У чому полягає гіпотеза Ампера?

1. Магнітне поле прямого проводу зі струмом.

Демонстрації 5хв 2. Магнітне поле котушки зі струмом. 3. Спектри магнітних полів прямого проводу й котушки зі струмом

Вввчеввя 1. Магнітне поле. ВОВОІ'О 25хв 2. Магнітна індукція. :матеріаJІУ 3. Лінії магнітної індукції

ЗакріWІеввя 1. Якісні питання. ВИІІчевого 10хв 2. Навчаємося розв'язувати задачі :матеріаJІУ


1. Маrнітне none

Під час вивчення електричних явищ ми з'ясували, що елек

трична взаємодія здійснюється за допомогою електричного поля.

Магнітна взаємодія так само, як і електрична, здійснюєтьсл за до

помогою магнітноzо поля. Будь-який провідник зі струмом створює

навколо себе ::магнітне поле, і це магнітне поле діє на інші провід

ники зі струма.ми.

Магнітне поле, утворюване також постійними магнітами, діє ва

постійні магніти. Нагадаємо, що, відповідно до гіпотези Ампера, магнітні властивості постійних магнітів також обумовлені мікро

скопічними струмами, що циркулюють усередині вих.


Магнітне поле зручно досліджувати за допомогою маленьких

магнітів (наприклад, магнітних стрілок): у магнітному полі вони

в певний спосіб повертаються.

Таким чином, у просторі навколо провідника зі струмом вини

кають сили, що діють на рухомі заряди і на магнітну стрілку.

Ці сили дістали назву :магнітних. Отже, :магнітним полем ми бу

демо називати той стан простору, що проявляє себе через дію маг

нітних сил.

Визначальні властивості магнітного поля такі:

• магнітне поле породжують магніти й струми;

• магнітне поле виявляють за дією на магніти й струми.

2. Маrнітна індукція

Для магнітного поля, так само як і для електричного, можна

ввести векторну величину, що характеризує це поле в кожній точ

ці. Цю величину називають вектором магнітної індукцїі й познача-

ють.В. Силовою характеристикою магнітного поля :може служити

сила, що діє в цьому полі на провідник зі струмом.

Дослід показує, що сила, яка діє з боку магнітного поля на пря

молінійний провідник зі струмом, залежить не тільки від магнітно

го поля, але й від сили струму І в провіднику, довжини провідни-

ка l й кута а між провідником і вектором магнітної індукції В. За заданих сили струму й довжини провідника ця сила макси

мальна, коли провідники розташований перпендикулярно до век

тора магнітної індукції. Із цієї причини саме таке розташування

провідника зі струмом було обрано для визначення модуля вектора

магнітної індукції. Відповідно до досліду, сила F, що діє з боку магнітного поля на провідник, прямо пропорційна добутку Il.

в . F .. входить, в1дношення - не залежить н1 в1д сили струму в про-

Іl

віднику, ні від довжини цього провідника й, отже, характеризує

власне магнітне поле. Тому модуль вектора магнітної індукції мож

на визначити в такий спосіб:

~ модуль вектора магнітної індукц1ї дорівнює відношенню сили, що діє на провідник зі струмом, розташований перпендикулярно до векто

ра магнітної індукцй; до добутку сили струму в провіднику й довжини провідника:

Електродинаміка. Електромагнітне поле

F В=-.

Il

87

> За одиницю магнітної індукц1ї приймають магнітну індукцію однорідного поля, у якому на ділянку провідника довжиною 7 м за сили струму в ньому 1 А діє з боку поля максимальна сила 1 Н:

[в]- lH 1Тл. lA·lм

3. Лінії маrнітної індукції

Лінії маrвітної індукції можна зробити вабаrато більш ваоч

ви:ми, .якщо замість :магнітних стрілок використати ошурки -у маrнітному полі вони намагнічуються, стаючи малюсінькими

магнітиками.

Ліні.ями маr:вітв:ої індукції є лівії, проведені так, що дотичні до

них у кожній точці вказують на напрямок поля в цій точці.

Відзначимо, що лівії магнітної індукції реально в:е існують,

вони всього лише зручний спосіб його опису.

Напрямок вектора маrнітної індукції визначають, використо

вуючи орієнтувальну дію магнітного пол.я в:а магнітну стрілку або

ва рамку зі струмом.

> За напрямок вектора магнітної індукц1ї приймають напрямок, у якому вказано північний полюс вільно обертової магнітної стрілки.

Необхідно звернути увагу на те, що:

1) лівії магнітної індукції пол.я, створеного котушкою або маr:ві

том, •виходять• з північного полюса і •входять• у південний

полюс;

2) усередині котушки зі струмом лінії маrв:ітної індукції спрямо

вані від південного полюса до північного;

3) досліди показують, що лінії магнітної індукції завжди замк

нуті.

Напрямок ліній магнітної індукції поля, створеного провідни

ком зі струмом, пов' язаний із напрямком струму в провіднику пра

вилом, що називають правилом буравчика.

> Напрямок ліній магнітної індукц1ї поля, створюваного прямолінійним провідником зі струмом, збігається з напрямком обертання ручки буравчика (гвинта із правою нарізкою), коли напрямок поступального

руху власне буравчика збігається з напрямком струму в провіднику.


Напрямок ліній магнітної індукції поля, створеного дротяним

витком або котушкою зі струмом, пов' язаний із напрямком струму

у витку або котушці також правилом буравчика.

~ Напрямок ліній маzнітної індукцІЇ· поля, створюваноzо струмом у дротяному витку або котушці, збіzається з напрямком поступальноzо руху буравчика (zвинта із правою нарізкою), коли напрямок обертання

ручки буравчика збіzається з напрямком струму.

Необхідно звернути увагу:

~ правила буравчика для прямолінійноzо провідника й для витка (котушки) зі струмом відрізняються тим, що в них «Міняються місцями» напрямок силових ліній маzнітноzо поля й напрямок струму.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший ріsень

1. За допомогою чого здійснюється магнітна взаємодія?

2. Опишіть досліди, за допомогою .яких можна ви.явити маrніт:ве поле.

3. Магнітне поле діє на стрілку компаса. А чи створює стрілка

компаса маrиітне поле навколо себе? 4. Як можна визначити напрямок ліній магні твої індукції поля,

створюваного прямим проводом зі струмом?

5. Як можна визначити напрямок ліній магнітної індукції пол.я, створюваного котушкою зі струмом?

Другий ріsеиь

1. Як :ва досліді показати, що напрямок силових ліній маrиітного пол.я пов'язаний із напр.ям:ком струму?

2. Електричний струм у проводі лінії електропередачі напрямле

ний з півдня на північ.

Який напрямок укаже північний полюс маrнітної стрілки, роз

міщеної: а) трохи вище проводу; б) трохи нижче проводу?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні nмтання 1. Як за допомогою компаса можна визначити полюси магніту?

Поясніть свою відповідь.


2. Як визначити, який торець котушки зі струмом є її північним полюсом?

2. НавчаЕмося розв'язувати задачі 1. Вісь котушки зі струмом розташована вертикально. Струм про

ходить через котушку за годинниковою стрілкою, якщо диви

тися згори. Як напрямлені силові лівії магнітного поля усере

дині котушки?

2. Визначте напрямок струму в провіднику, переріз якого й маг

нітне поле показані ва рисунку.

3. За витком проводу (див. рисунок) іде електричний струм. У яко

му напрямку повернеться магнітна стрілка, поміщена в точку

А ?у точку С?


• У просторі навколо провідника зі струмом виникають сили, що діють ва рухомі заряди і на магнітну стрілку.

• Магнітним полем ми будемо називати той став простору, що проявляє себе через дію магвіт:яих сил.


• Модуль вектора магнітної індукції дорівнює відношенню сили, що діє на провідник зі струмом, розташований перпендикуляр

но до вектора магнітної індукції, до добутку сили струму в про

віднику й довжини провідника:

F В=-.

ll • За одиницю магнітної індукції приймають магнітну індукцію

однорідного поля, у якому на ділянку провідника завдовжки

1 м за сили струму в ньому 1 А діє з боку поли максимальна сила lH:

lH [В]= 1 A·l м =1 Тл.

• Лініями магнітної індукції є лінії, проведені так, що дотичні до них у кожній точці вказують на напрямок поля в цій точці.

• За напрямок вектора магнітної індукції приймають напрямок, у якому вказано північний полюс вільно обертової магнітної

стрілки.

• Напрямок ліній магнітної індукції поля, створюваного прямолінійним провідником зі струмом, збігається з напрямком

обертання ручки буравчика (гвинта із правою нарізкою), коли

напрямок поступального руху власне буравчика збігається з на

прямком струму в провіднику.

• Напрямок ліній магнітної індукції поля, створюваного струмом у дротяному витку або котушці, збігається з напрямком посту

пального руху буравчика (гвинта із правою нарізкою), коли

напрямок обертання ручки буравчика збігається з напрямком

струму.

Д0М8WНЕ :18ВД8ННJІ

1. Підр.: § 14. 2. Зб.:

Рів1№7.1; 7.7; 7.8. Рів2 № 7.4; 7.9; 7.18, 7.19.


УРОКЗ/15 ~~~~~~~~~~~~~

Т•м•. Сила Амnера й сила Лоренца

Mena уроку: розглянути дію магнітного поля на nровідник зі струмом і на заряджені рухомі частинки.

ТІІn уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

1. Що тІШ.е магнітне поле? 2, Як визначають модуль вектора магнітної ін-

Коитропь 5хв

дукції?

зиа:яь З. Як визначають напрямок вектора магнітної індукції?

4.Сформулюйтеправилобуравчика

Демонстрації 5хв 1. Дія магиітного поля на провідник зі струмом. 2. Дія магиітного поля на рухомі частинки

Вввчеввя 1. Сила Ампера. вовоrо 25хв 2. Дія магиітного поля на рамку зі струмом. :матеріаJІу З. Сила Лоренца

ЗакріWІеввя 1. Якісні питання. вивченого 10хв 2. Навчаємося розв'язувати задачі :матеріа.uу


1. Сипа Ампера

Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, нази

вається силою Ампера FA. З визначення модуля вектора магнітної індукції випливає, що якщо провідник розташований у магнітному

полі перпендикулярно до вектора магнітної індукції, сила Ампера

FA = IlB, де І - сила струму в провіднику, l - довжина провід-

ника, В - модуль вектора магнітної індукції.

Вираз для модуля сили FA, що діє на малий відрізок провідника

l , через який тече струм І, з боку магнітного поля з індукцією В , що становить із елементом струму кут а, має такий вигляд:

FA =IlBsina. Це твердження називаютьзокономАмперо.

92 Кирик Л. А. • «Усі rроки фізики. 11 клае»

Магнітне поле не діє на провідник зі струмом, якщо він пара

лельний: до вектора магнітної індукції. Це випливає із закону Ам.

пера, оскільки, якщо а=0° або а=180°, то Fл =0. Напрямок сили Ам.пера визначається за правилом лівої руки:

}> якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так. щоб вектор магнітної індукцїі входив у долоню, а чотири витяzнутих пальці вказува

ли напрямок струму в провіднику, то відіzнутий на 90° в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на провідник з боку

маzнітноzо паля.

Сила Ампера максимальна, коли провідник розташований пер

пендикулярно до ліній магнітної індукції.

2. Дія маrнітноrо nonя на рамку зі струмом

Помістимо між полюсами магніту дротяну рамку. Поки струму

в рамці немає, вона може перебувати в будь-якому положенні, одне

з яких показане, наприклад, на малюнку а. Після увімкнення стру

му рамка повернеться й займе положення, показане на малюнку б.

Струму немає Струм

а

Поворот рамки зі струмом у магнітному полі пояснюється тим,

що по протилежних сторонах рамки течуть протилежно спрямовані

струми. Тому на протилежні сторони рамки зі струмом у магнітно

му полі діють протилежно напрямлені сили. Ці сили й повертають

рамку зі струмом у магнітному полі.


Магнітне поле, діючи на вертикальні сторони рамки, змушує її

повертатися так, що її площина розташовується перпендикулярно

до силових ліній поля. При цьому за інерцією рамка щораз прохо

дить трохи далі від положення рівноваги. Якщо в момент прохо

дження рамкою положення рівноваги щораз змінювати напрямок

струму в ній, то вона буде безупинно обертатися.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що обертання рамки від

бувається в результаті дії магнітного поля на провідники зі стру

мом і що в цьому процесі відбувається перетворення електричної

енергії в механічну. На розглянутому явищі заснована будова елек

тродвигунів. При цьому для посилення обертального ефекту в елек

тродвигунах застосовують багато рамок.

3. Сипа Лоренца

Дія магнітного поля на провідник зі струмом обумовлена тим,

що це поле діє на заряджені рухомі частинки в провіднику. Силу.

що діє з боку магнітного поля на заряджену частинку, назива

ють силою Лоренца ва честь голандського фізика Х. Лоренца, що

вивчав рух заряджених частинок в електричному й маrнітному

полях.

Розрахунки показують, що модуль сили Лоренца Fл = qvBsina, де q - модуль заряду частинки, v - модуль її швидкості, В -

модуль вектора :магнітної індукції, а - кут між швидкістю час

тинки й ве:ктором магнітної інду1щії.

Напрямок сили Лоренца, що діє на позитивно заряджену частин

ку, визначають за допомогою правила лівої руки:

> якщо розкритудолонюлівоїруки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці вказува

ли напрямок швидкості позитивно зарядженої частинки, то відігнутий на 90° в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на частинку.

На рухому негативно заряджену частинку (наприклад, елек

трон) сила Лоренца діє в протилежному напрямку.

Оскільки сила Лоренца спрямована перпендикулярно до швид

кості частинки й вектора :магнітної індукції, то робота сили Лорен

ца дорівнює нулю.

Якщо швидкість матеріальної точки перпендикулярна до сили,

що діє на неї, то ця точка рухається по колу. Виходить, електричний

94 Кирик Л. А. • «Yd уроки фізики. 7 7 клае»

заряд у магнітному полі буде рухатися по колу. Слід підкреслити,

що магнітна сила при цьому є доцентровою силою, так що

mv2 • • mv --= qvB, де R - рад1ус кола. Зв~дси R = -~.

R @ Таким чином,

> магнітне поле хоча й діє на частинку з деякою силою, не змінює кінетичну енергію частинки, але змінює тільки напрямок іїруху.

Дію магнітного поля ва рухомий заряд широко використовують

у сучасній техніці.

Дію магнітного поля застосовують й у приладах, що дозволяють

розділяти заряджені частинки за їхніми питомими зарядами

( q/m ). Знаючи радіус, за яким рухається частинка, і її швидкість, можна знайти питомий заряд частинки. Такі прилади одержали

назву мас-спектрографів.

Особливість руху частинок: те, що більш швидкі частинки ру

хаються по колу більшого радіуса, використовують під час приско

рення заряджених частинок у циклотронах.

Також силу Лоренца можна використати для визначення знака

заряду й для досліджень у ядерній фізиці.


Перший рівен.ь

1. Які досліди доводять, що в :магнітному полі ва провідник зі

струмом діє сила?

2. Як спрямована сила Ампера? 3. Чи залежить напрямок сили Ампера від напрямку струму

в провіднику?

4. Як залежить сила Ампера від величини сили струму в провіднику?

5. Чим пояснюється обертальна дія магнітного поля на поміщену в нього рамку зі струмом?

6. Як повинен рухатися електрон в однорідному магнітному полі, щоб на нього не діяла сила Лоренца?

Другий рівен.ь

1. Магнітне поле не діє ва нерухомі заряджені частинки. Яким до

слідом це можна підтвердити?


2. Чому світла цятка, створювана електронним: променем: на

екрані кінескопа, зміститься, якщо поблизу екрана помісти

ти магніт?

3. Чому магнітне поле не діє на провідник без струму? Адже віль

ні електрони в провіднику перебувають у постійному теплово

му русі.

4. Як рухається заряджена частинка в однорідному магнітному полі, якщо початкова швидкість частинки перпендикулярна до

лівій магнітної індукції?


1.Якісні питання

1. У якому випадку магнітне поле не діє на провідник зі струмом? Поясніть схематично свою відповідь.

2. Як магнітне поле діє на рамку зі струмом:? Де використовують це явище?

2. Навчаемося розв'язувати задачі

1. На рисунках подано провідники зі струмом, що перебувають у магнітному полі. Сформулюйте задачу за кожним: з наведених

рисунків і розв'яжіть її.

а б

в г

96 Кирик Л. А. ·«Усі уроки фізики. 7 7 клае»

2. На рисунках схематично зображені різні випадки взаємодії зарядженої рухомої частинки і магнітного поля. Сформулюйте

завдання в кожному випадку й розв'яжіть її.

а

в г

3. Яка сила діє на електрон, що рухається зі швидкістю

60 ООО км/з в однорідному магнітному полі індукцією 0,15 Тл? Електрон рухається перпендикулярно до ліній магнітної індук

ції поля. (Відповідь: 1,44·10-12 Н.) 4. Провід, сила струму в якому дорівнює 10 А, перебуває в одно

рідному магнітному полі :магнітної індукції 20 мТл (див. рисупок). Якісилидіютьнавідрізкипроводу CD, DE, EF? Довжина кожного із цих відріз:ків дорівнює 40 см. (Відповідь: О; 40 мН; 80мН.)

с

F



• Сила Ампера: Fл = IlBвina. • Напрямок сили Ампера визначається за правилом лmої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор

маrнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнутих пальці

вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий на 90° в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на

провідник з боку :магнітного поля.

• Сила Лоренца: Fл = qvBвina.

• Напрямок сили Лоренца, що діє на позитивно заряджену частинку, визначають за допомогою правила лівої руки: якщо роз

криту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магніт

ної індукції входив у долоню, а чотири витяrнутих пальці вка

зували напрямок швидкості позитивно зарядженої частинки,

то відіrнутий ва 90° в площині долоні великий палець покаже напрямок сили, що діє на частинку.

ДОМ8WН4Е ИВД8НКR 1. Підр.: § 15. 2. 36.:

Рів1No7.10; 7.11; 7.12; 7.16. Рів2 № 7.20; 7.22; 7.26, 7.27. РІв3 No 7.32, 7.33; 7.35; 7.36.

3. Д.: підготуватися до самостійної роботи No 5.


Т•••· Магнітні властивості речовини Мет•уроку: дати учням уявлення nромагнітні властивості речовини.

ТМn уроку: комбінований урок.

ПЛАН УРОКУ

Ковтродь Самостійна робота М 5 •Магнітне поле.

15хв Індукція магнітного поля. Сила Ампера й сила звань

Лоренца•

Вивчення 1. Магнітна проникність речовини. вовоrо 25хв 2. Діамагнетики й парамагнетики. матеріалу 3. Феромагнетики

3акріп.цев:вя 1. Які.еві питання. вввчевоrо 5хв 2. Навчаємося розв'язувати задачі матеріалу


1. Маrнітна проникність речовини

Досі ми розглядали магнітне поле, яке створювали провідники

зі струмом або рухомі електричні заряди, що перебувають у ваку

умі. Якщо ж магнітне поле створюється не у вакуумі, а в якомусь

іншому середовищі, то магнітне поле змінюється. Це пояснюється

тим, що різні речовини, поміщені в магнітне поле, намагнічуються

й самі стають джерелами магнітного поля. Речовини, здатні намаг

нічуватися в магнітному полі, називаються могнетикоми.

Нехай ма.г:вітна індукція усередині котушки зі струмом без сер-

дечника дорівнює Ru • Якщо в котушку ввести сердечник, то в ньому створюється додаткове магнітне поле з магнітною індукцією .Ц .

Результуюча магнітна індукція в стрижні дорівнює:

В=Ёu +.Ц. Для сердечників з різних речовин (нікель, кобальт і ін.) додат

кова магнітна індукція неоднакова, значить, їхні магнітні власти

вості різні. Тому можна увести фізичну величину, що характери

зує ці властивості.


Відношення µ = __!!___, .яке характеризує магнітні властивості се-Во

редовища, дістало назву магнітної проникності цього середовища.

Таким чином, в однорідному середовищі магнітна і.нду1щі.я до

рівнює:

де µ - магнітна проникність цього середовища.

2. Діамагнетики й парамагнетики Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речо

вини можна розділити на дві групи:

1) діамагнетики, дл.я яких µ трохи менше за одиницю ( µ < 1);

2) парамагнетики, для яких µ більше за одиницю ( µ > 1 ). Наприклад, вісмут ( µ = 0,999824), мідь ( µ = 0,999912), вода

( µ = 0,999991), вольфрам ( µ = 1,000175), кисень ( µ = 1,000017), ебоніт ( µ = 1,000014).

Відповідно до різних значень µ речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

> Діамагнетики - речовини, що намагнічуються проти напрямку зовнішнього магнітного поля.

За відсутності зовнішнього магнітного поля діамагнетики не

магнітні. Під дією зовнішнього магнітного пол.я кожний атом діа

магнетика набуває магнітного моменту, пропорційного магнітній

індукції В , й напрямлений назустріч полю. Діамагнетики, які вносять у магнітне поле, послабляють це поле. Це ослаблення мож

на пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітно

го поля, напрямленого проти зовнішнього магнітного поля.

> парамагнетики - речовини, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі в напрямку зовнішньоzо магнітного поля.

Парамагнетики належать до слабомагнітних речовин.

Атоми (молекули або іони) парамагнетика мають свої магнітні

моменти, які під дією зовнішніх полів орієнтуються за полем й тим

самим створюють результуюче поле, що перевищує зовнішнє. Па

рамагнетики втягуються в магнітне поле. За відсутності зовніш

нього магнітного поля парамагнетик не намагнічений, оскільки


через теПJІовий рух власні магнітні моменти атомів орієнтовані зов

сім безладно.

3. Феромагнетики Феромагнетики зазвичай виділяють в окремий клас речовин

з низки міркувань:

• їхня магнітна проникність µ » 1; • µ у складний спосіб залежить від магнітної індукції намагнічу

вального поля;

• феромагнітні властивості проявляються не в окремих атомах, а в кристалах у цілому;

• за певної для даного феромагнетика температури феромагнітні

властивості його зникають.

}> Феромаzнетики - матеріали, що мають значну магнітну проникність.

До феромагнетиків належать залізо, кобальт, нікель, деякі

сплави й хімічні сполуки.

Магнітна проникність феромагнетиків непостійна. Вона зале

жить від вектора магнітної індукції. Шсля вимикання зовнішнього

магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто

створює магнітне поле в навколишньому просторі.

Упорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає піс

ля вимикання зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому існу

ють постійні магніти.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що самі атоми феромаг

нітної речовини, будучи ізольованими один від одного, не проявля

ють ніяких феромагнітних властивостей.

}> Феромагнітні властивості - властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

Отже, для виникнення феромагнетизму в речовині необхідна

особлива кристалічна структура феромагнітних тіл.

За температури, більшої за деяку певну для даного феромагне

тика, феромагнітні властивості його зникають. Цю температуру

називають температурою Кюрі.

Наприклад, температура Кюрі для заліза становить 7 53 °С, для нікелю - 365 °С, для кобальту - 1000 °С .


Легкі удари в торець сталевого стрижня, розташованого уздовж

ліній індукції магнітного поля Землі, полегшують намагнічування

стрижня. Сильні удари по постійному магніту можуть спричинити

його розмагнічування.

Феромагнетики застосовують у різноманітних технічних при

строях: постійні магніти, ферити, порошкові магніти, магнітні під

силювачі, магнітний звукозапис, магнітна дефектоскопія, магніт

ні сепаратори.

Наприкінці уроку можна більш докладно зупинитися на маг

нітному записі інформації.


Перший рівєн.ь

1. Чому полум'я виmтовхуєтьсл з магнітного поля?

2. Яка величина характеризує магнітні властивості середовища?

3. Як змінюється магнітна проникність заліза під час охолодження?

Другий ріsен.ь

1. Магнітний момент атома деякої речовини дорівнює нулю. До

якого класу належить ця речовина?

2. Чому на заводах для перенесення розпечених болванок не за

стосовують електромагнітні піднімальні крани?

З. Під час нагрівання вище від точки Кюрі магніт розмагнічуєть

ся. У які види перетворюється при цьому енергія :магнітного

поля?


1. Якісні питання

1. У якому напрямку в неоднорідному магнітному полі рухається кулька, виготовлена з:

а) парамагнетика;

б) діамагнетика?

2. Які переваги дає застосування в магнітних пристроях нових

сплавів зі збільшеним значенням µ?


2. НавчаЕмося розв'язувати задачі 1. У .якій воді - холодній або гарячій - звичайний смуговий маг

ніт може підп.яти більший вантаж?

2. Цвяхи у ящики іноді упаковують у сильному магнітному полі. Чим вигідний такий спосіб упакуваввя?

3. Як розмагнітити сталь і як зберегти магнітні властивості магніту постійними?


• Відношення µ = ~ , що характеризує маrвітні властивості се

редовища, дістало назву маrвітної проникності даного середо

вища.

• Діамагнетики - речовини, що намагнічуються проти напрям

ку зовнішнього маrнітного пол.я.

• Парамаrнетики - речовини, які намаrнічуються в зовнішньо

му магнітному полі в напрямку зовнішнього магнітного поля.

• Феромагнетики - матеріали, що мають велику магнітну про

никність.

• Феромагнітні властивості - властивості речовини, а не окре

мих ізольованих атомів.

ДомвwнЕ НВД8ННR Підр.: § 16.

Електромагнітне поле...80 Кирик Л. А. ·«Усі уроки фізики.7...

Documents