Какое магнитное поле называется однородным

Однородное и неоднородное магнитное поле

Однородное магнитное поле — это магнитное поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

В однородном магнитном поле заряженная частица, движущаяся со скоростью \( \overrightarrow v\) перпендикулярно линиям индукции, подвергается воздействию силы \(\overrightarrow\) , постоянной по модулю и направленной перпендикулярно вектору скорости \(\overrightarrow v\) . В таком поле магнитная индукция B во всех точках одинакова по модулю и направлению.

Благодаря силе Лоренца в однородном поле частицы движутся равномерно по окружности с центростремительным ускорением.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Сила Лоренца \(\overrightarrow\) — электромагнитная сила со стороны магнитного поля, действующая на движущийся заряд q:

Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что частица равномерно движется по окружности с радиусом r.

Радиус r окружности определяется как частное произведения массы m со скоростью v и произведения электрического заряда q с индукцией B.

Радиус траектории движения частицы с постоянной массой и ее скорость не влияют на период ее обращения в однородном поле.

В однородном магнитном поле максимальный вращающий момент \(M_\) при воздействии замкнутых проводников, изготовленных из очень тонкой проволоки разных размеров и форм, с током приобретает свойства:

1. Он пропорционален силе тока в контуре I.
2. Пропорционален площади контура.
3. Для контуров с одинаковой площадью не зависит от их формы.

Таким образом, максимальный вращающий момент становится пропорциональным магнитному моменту \(P_\) контура с током:

Величина магнитного момента \(P_\) характеризует действие магнитного поля на плоский контур с током.

В данном случае значение вращающего момента \(M_\) , действующего на контур с магнитным моментом \(P_\) , принимают равным единице.

Следовательно, формула для определения индукции B в однородном магнитном поле приобретает вид:

Примеры однородных магнитных полей:

1. Магнитное поле внутри соленоида. Соленоид — длинная цилиндрическая катушка, состоящая из нескольких витков плотно намотанной по винтовой лестнице проволоки. Каждый виток создает свое магнитное поле, которое складывается с другими в общее поле. Оно является однородным при условии, что длина катушки значительно превосходит ее диаметр. Тогда внутри соленоида линии поля будут параллельными его оси и прямыми.
2. Магнитное поле внутри тороидальной катушки. Здесь линии замыкаются внутри самой катушки. Представлены в виде окружностей, параллельных оси тора. Токи в обмотке тороидальной катушки текут равномерно по часовой стрелке.

Неоднородное магнитное поле — это магнитное поле, в котором сила, действующая на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

В неоднородном магнитном поле магнитная индукция в разных местах имеет различные модули и направления. Для вычисления значения вектора \(\overrightarrow B\) в неоднородном поле необходимо определить вращающий момент, действующий на него. Для этого в некую точку помещают контур размеров, меньших в сравнении с расстояниями, на которых поле заметно меняется.

Примеры неоднородных магнитных полей:

1. Снаружи соленоида. Линии на концах катушки соленоида не являются параллельными друг другу и тянутся от одного конца к другому. А снаружи вблизи боковой поверхности катушки поле практически отсутствует.
2. Снаружи полосового магнита. Магнитное поле полосового магнита подобно полю вокруг соленоида. Магнитные линии тянутся от одного конца магнита к другому по направлению от северного полюса к южному. Имеется нейтральная зона.

Отличия однородного и неоднородного магнитных полей

1. Однородное поле находится внутри проводника или магнита, неоднородное — снаружи.
2. В однородном поле сила, действующая в разных точках, одинакова. В неоднородном — различна.
3. Линии однородного магнитного поля являются одинаковыми по густоте и параллельными друг другу. В неоднородном поле линии отличаются по густоте и искривлены.
4. Линии магнитной индукции однородного поля находятся на равном расстоянии друг от друга.

Что такое силовые линии, как расположены

Силовые линии магнитного поля или линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке имеют направление вектора индукции в этой точке. Данные линии аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

Если представить, что в некой точке магнитного поля находится маленькая магнитная стрелка, то под его действием она расположится по направлению касательной к линии поля в этой точке. Северный конец стрелки укажет направление линии магнитного поля.

Линии магнитной индукции всегда не имеют ни начала, ни конца, то есть они всегда замкнуты. Магнитные линии соответствуют направлению вектора в каждой точки поля. Направления вектора указываются стрелками.

Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми.

В однородном магнитном поле все линии параллельны и равны друг другу.

В прямом проводнике линии магнитной индукции расположены в виде окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Центры окружностей находятся на оси проводника.

Для того чтобы определить вектор индукции в этом случае, необходимо смотреть вдоль проводника по направлению движения положительных зарядов, то есть по направлению тока. Вектор магнитной индукции будет направлен по ходу часовой стрелки. Если ток направлен к наблюдателю, то вектор индукции направлен против хода часовой стрелки.

Способы обнаружения магнитного поля

Схема опыта для обнаружения магнитного поля:

1. Закрепить параллельно и вертикально два гибких проводника. Для опыта можно взять проводники, состоящие из проволоки различной толщины и изготовленных из разных видов метала. Можно применить стальную, медную, алюминиевую, нихромовую проволоку.
2. Присоединить полюса источников тока к их нижним концам. Проводники при этом не должны отталкиваться или приближаться друг к другу, поскольку кулоновские силы не проявляются при незначительной разности потенциалов зарядов проводников.
3. Необходимо соединить проводники так, чтобы по ним пошел электрический ток.
4. В первом варианте необходимо замкнуть концы проводников для возникновения в них токов противоположного направления. Проводники должны отталкиваться друг от друга.
5. Во втором варианте необходимо замкнуть концы проводников для создания токов одного направления. Они должны притягиваться друг к другу.

Опыт позволяет обнаружить магнитное взаимодействие, то есть взаимодействие между электрическими зарядами, движущимися направленно.

Магнитное поле можно обнаружить по действию на электрический ток, то есть по действию на движущиеся заряды.

Опыт для определения характера действия магнитного поля на контур с током:

1. Подвесить маленькую плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки, на сплетенные друг с другом тонкие гибкие проводники.
2. Расположить вертикально провод на значительно большем расстоянии, чем размеры рамки.
3. Рамку необходимо расположить так, чтобы при пропускании электрического тока через нее провод оказался в плоскости рамки.
4. При изменении направления тока рамка должна поворачиваться на 180⁰.

Опыт показывает, что магнитное поле создается не только токами в проводниках, но так же его создает и любое направленное движение электрических зарядов.

Магнитное поле можно обнаружить по отклонению рядом находящейся магнитной стрелки на компасе, при пропускании через проводник электрического тока.

Магнитное поле также создается постоянными магнитами. Для его обнаружения необходимо на гибких проводниках подвесить между полюсами магнита плоскую рамку с током. Рамка должна поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не станет перпендикулярной линии, соединяющей полюсы магнита. Опыты позволяют увидеть ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током.

В каком случае магнитное поле называется однородным, а в каком (см)?

Однородным называется поле (неважно какой природы), во всех точках которого характеристики поля идентичны (либо же их неидентичностью можно пренебречь). Для магнитного поля такими характеристиками являются величина и направление вектора напряжённости. Если они одни и те же во всех точках поля — оно однородное. Если нет — то неоднородное.

Например, поле внутри прямого соленоида, достаточно длинного (L >> d), — однородное. Там везде одна и та же напряжённость, и одно и то же направление. Если же этот соленоид согнуть в дугу, то поле останется однородным по величине, но перестанет быть однородным по направлению. Магнитное поле одиночного витка с током везде неоднородное.

Однородное и неоднородное магнитное поле

Эмпирически показано, что перемещающиеся заряды действуют друг на друга иначе, чем стационарные. Помимо взаимодействия при помощи электрического поля, движущиеся заряды оказывают действия друг на друга магнитным полем.

Прежде чем говорить об однородности или неоднородности магнитного поля следует определить с помощью каких основных физических величин можно количественно описывать магнитное поле. Рассмотрим такие характеристики магнитного поля как:

• Вектор магнитной индукции поля.
• Вектор напряженности магнитного поля.
• Индукция магнитного поля

Магнитная сила ($\vec_)$), которая оказывает воздействие на элементарный заряд q, может быть найдена как:

$\vec_=q\left[ \vec\vec \right]\left( 1 \right)$

где $\vec$– скорость перемещения частицы. Величину силы (1) определим:

Уравнение (1) указывает нам на то, что магнитная сила всегда нормальна к вектору скорости и вектору магнитной индукции $\vec $ Если движется положительный заряд, то векторы $\vec_$, $\vec$, $\vec$ связывает правило правого винта.

Вектор магнитной индукции ($\vec$) является характеристикой силового действия магнитного поля. Величина магнитной индукции численно равна максимальной магнитной силе, которая действует на частицу с зарядом 1 Кл, которая движется со скоростью 1 м/с в вакууме, нормально вектору магнитной индукции.

Для магнитных полей выполняется принцип суперпозиции: магнитное поле, которое создается системой перемещающихся зарядов или рядом токов, находят как векторную сумму магнитных полей, которые созданы каждым отдельным источником поля.

Величина магнитной индукции поля зависит от магнитных свойств вещества, в котором поле локализовано. В веществе магнитное поле является суперпозицией внешнего магнитного поля и магнитных полей, создаваемых молекулярными токами.

Готовые работы на аналогичную тему

Магнитное поле называют постоянным, если оно неизменно во времени.

Магнитные поля можно классифицировать, разделяя поля на:

• однородные;
• неоднородные.

Магнитное поле называют однородным, если векторы магнитной индукции во всех точках этого поля одинаковы:

Если $\vec$≠const, то такое магнитное поле называется неоднородным.

Магнитное поле, как и электрическое можно изобразить графически при помощи силовых линий. Это делают для наглядности.

Линии магнитной индукции

Силовые линии магнитного поля называются линиями магнитной индукции. Касательные к этим линиям в любых точках имеют направления аналогичные направлениям векторов магнитной индукции в этих же точках.

Например, силовые линии прямого тока – это окружности с центрами на оси тока (рис.1).

Рисунок 1. Силовые линии прямого тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

У всех постоянных магнитных полей силовые линии замкнутые (или начинаются и заканчиваются в бесконечности). Это свойство качественного отличия постоянного электрического поля от магнитного.

Направление силовых линий магнитного поля связано с правилом буравчика.

Силовые линии постоянных магнитов начинаются на его северных полюсах и приходят к южным полюсам. Внутри постоянных магнитов силовые линии замыкаются.

Представление магнитных полей при помощи линий индукции говорит не только о направлении $\vec$, но и модуле магнитной индукции. Линии магнитной индукции магнитного поля наносят на чертеж, изображая поле, такой густоты, что количество их, пронизывающих единичную площадку, нормальную к этим линиям, было пропорционально модулю магнитной индукции. На таких чертежах там, где магнитная индукция увеличивается по модулю, силовые линии сгущаются. Там, где модуль магнитной индукции уменьшается, силовые линии разрежаются.

Количество силовых линий, которые пересекают поверхность, называют магнитным потоком:

$Ф=\int\limits_S <\vecd\vec\left( 3 \right).>$

В однородном магнитном поле силовые линии изображаются как система параллельных прямых, находящихся на равных расстояниях (рис.2).

Рисунок 2. Однородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты однородного магнитного поля:

1. Силовые линии магнитного поля — это параллельные прямые.
2. Плотность линий магнитной индукции везде одна.
3. Сила воздействия поля на магнитную стрелку в любой точке поля одинакова по модулю и направлению.

Неоднородное магнитное поле изображено на рис.3.

Рисунок 3. Неоднородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты неоднородного магнитного поля:

1. Искривленность линий магнитной индукции.
2. В различных точках поля густота силовых линий различны.
3. Сила воздействия магнитного поля на магнитную стрелку является разной в разных точках поля по модулю и направлению.

Напряженность магнитного поля

Если магнитное поле находится в веществе (магнитная проницаемость $\mu \ne 1)$;), то в таком веществе происходит процесс намагничивания. В этом случае во всем объеме вещества возникают молекулярные токи, порождающие свое магнитное поле. Магнитное поле в веществе получается равным сумме внешнего поля (или поля в вакууме) $\vec_<0>$ и поля молекулярных токов $\vec_$:

Магнитные свойства вещества характеризует такая физическая величина, как магнитная проницаемость $\mu$:

Вектор напряженности магнитного поля ($\vec$) — это комбинация разных физических величин, которые относятся к полю и веществу, и, следовательно, физического смысла не имеет:

где $\vec

_$ – вектор намагниченности (вектор интенсивности намагничения вещества). Однако вектор напряженности является количественной характеристикой магнитного поля, которая не зависит от магнитных свойств вещества, в котором его рассматривают. Применение $\vec$ упрощает количественные описания магнитного поля в веществе.

Связь между $\vec$ и $\vec$ является линейной, если вещество считают изотропным:

Для магнитного поля в однородном изотропном магнетике напряженность магнитного поля не зависит от магнитной проницаемости вещества и равна напряженности в избранной точке поля для вакуума, если поле создают те же источники.

Для однородного магнитного поля имеем:

Относительно неоднородного магнитного поля можно сказать, что:

Примеры однородных магнитных полей

Однородных магнитных полей встречается совсем немного. К однородным магнитным полям относят:

• магнитное поле внутри полосового магнита,
• внутри длинного соленоида, если его длину можно считать намного большей, чем его диаметр.

Примеры неоднородных магнитных полей

К неоднородным магнитным полям относится большинство магнитных полей, например:

Однородное и неоднородное магнитные поля

Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно. Если, наоборот, этого не выполняется, т.е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным. В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.

Рис. 6. Неоднородное магнитное поле

Во-первых, теперь мы уже знаем, чтомагнитные линии можно изображать стрелками. И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.

На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.

Рис. 7. Однородное магнитное поле

Однородное магнитное поле – это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.

Неоднородное магнитное поле	Однородное Магнитное поле
Сила, действующая в разных точках	Различна	Одинакова (как по модулю, так и по направлению)
Линии магнитного поля	Искривлены, их густота различна	Параллельны, их густота одинакова
Примеры	Поле магнита вне его Поле прямолинейного проводника с током	Поле внутри длинной катушки с большим числом витков. Поле внутри магнита

Список дополнительной литературы:

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля // Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31. Кикоин А.К. Откуда берется магнетизм? // Квант. — 1992. — № 3. — С. 37-39,42 Леенсон И. Загадки магнитной стрелки // Квант. — 2009. — № 3. — С. 39-40. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. – М., 1974

Тема: Электромагнитные явления

Урок 40. Направление тока и направление линий его магнитного поля

Ерюткин Евгений Сергеевич

Опыт Эрстеда

В ходе урока мы определим взаимосвязь электрического тока и направления его магнитных линий. Для поиска закономерностей необходимо обратиться к опыту, который впервые был проведен в 1820 году датским ученым Эрстедом.

Рис. 1. Схема опыта Эрстеда

Обратимся к схеме опыта. В двух штативах был укреплен прямой проводник, подключенный к источнику тока. Под проводником располагалась магнитная стрелка, когда протекал электрический ток, магнитная стрелка располагалась перпендикулярно проводнику с током. Следующий эксперимент с изменением полярности. Электрический ток протекает в противоположную сторону. В результате направление тока в проводнике изменилось. Что произошло с магнитной стрелкой? Магнитная стрелка развернулась на 180 °. Обратите внимание, теперь южный полюс стрелки указывал туда, куда указывал северный, а северный – в противоположном направлении.

О чем этот эксперимент говорит? О том, что, когда изменяется направление электрического тока, изменяется направление магнитных линий.

Похожие публикации:

1. Как проложить кабель под землей на даче
2. Как сделать свет на кухне
3. Как паять разъем
4. Как соединить светодиодные лампы последовательно или параллельно