Магнетизм. Электромагнетизм. Магнитное поле в веществе. Электроизмерительные приборы

1. Магнетизм. Электромагнетизм. Магнитное поле в веществе. Электроизмерительные приборы.

• Учитель физики МАОУ
«СОШ №4», г Туймазы.
• 2023г

2. Магнитные свойства вещества.

Вещества по магнитным свойствам делятся на:
-- слабомагнитные (диамагнетики и
парамагнетики );
-- сильномагнитные (ферромагнетики).
• Вещество, создающее собственное магнитное поле,
называется намагниченным.

3. диамагнетики

В
с
В , В много меньше Во, магнитная воспреимчивость
с
с
много меньше 1, магнитная проницаемость меньше
либо равна 1.
Виды:
газы – водород, гелий, азот,
двуокись углерода,
плазма,
металлы – золото, серебро, медь, висмут,
стекло, соль, вода, резина,
алмаз,
дерево, пластики и т. д.

4. парамагнетики

В
с
В , В меньше В магнитная воспреимчивость
о
с
о
почти равна 1,
магнитная проницаемость больше либо равна 1
Виды:
кислород,
металлы – алюминий, платина, уран, щелочные и щелочно –
земельные металлы и т. д.

5. ферромагнетики

В
с
В , В много больше В ,
магнитная воспреимчивость много
больше 1,
магнитная проницаемость
значительно усиливает магнитные
свойства среды в десятки раз.
Виды:
железо, кобальт, никель, их сплавы,
редкоземельные элементы.
о
с
о

6. Гипотеза Ампера.

Магнитные свойства вещества можно объяснить циркулирующими
внутри него замкнутыми токами. Эти токи образуются движением
электронов по орбитам в атомах и молекулах.
Во внешнем магнитном поле происходит упорядочение
молекулярных токов, вследствие чего в веществе возникает
«собственное» магнитное поле (намагниченность).
В отсутствии внешнего магнитного поля молекулярные токи
располагаются хаотично, и магнитное поле в веществе ими на
создается.

7.

Электроизмерительные приборы
используются в промышленности,
энергетике, научной области, в быту.
Классифицируются электроизмерительные приборы по разным
критериям.
1. По назначению:
для измерения напряжения,
для измерения силы тока,
для измерения мощности,
сопротивления и т. д.

8.

9.

10.

11.

12.

13. 2. По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, тепловые, индукционные, электронные,

вибрационные,
самопишущие,
цифровые и т. д.

14.

Магнитоэлектрическая система
Принцип работы основан на
взаимодействии тока, протекающего по
обмотке подвижной катушки, с
магнитным полем постоянного магнита.
Основные детали: постоянный магнит и
подвижная катушка(рамка), по которой
проходит ток, пружины.
При прохождении тока через рамку
возникает вращающий момент, под
действием которого подвижная часть
прибора поворачивается вокруг своей
оси на некоторый угол φ.
Поворачиваясь, катушка отклоняет стрелку прибора.
Магнитоэлектрические приборы служат только для измерения постоянного
тока и напряжения, так как направление поворота рамки зависит от
направления тока в ней. Если по катушке пропустить переменный ток
частотой 50 Гц, то направление вращающего момента станет меняться сто
раз в секунду, подвижная часть не будет успевать за током и стрелка не
отклонится. Приборы данной системы пригодны для использования в
цепях постоянного тока.

15.

Электромагнитная система
Принцип работы основан на
взаимодействии магнитного поля
неподвижной катушки с сердечником из
ферро магнитного материала, внесенного в
это поле.
Основные детали: неподвижная катушка и
подвижный сердечник из ферромагнетика.
При равновесии подвижной части прибора угол
поворота оказывается пропорционален квадрату тока.
Вследствие этого шкала приборов электромагнитной
системы неравномерна. Вследствие квадратичной
зависимости направление отклонения стрелки прибора
не зависит от направления тока, и, следовательно, могут
применяться в цепях как постоянного, так и
переменного токов.

16.

Электродинамическая система
Принцип работы основан на взаимодействии двух
катушек(рамок), по которым течет ток. Одна из
них неподвижна, а другая подвижна. Перемещение
катушек относительно друг друга обусловливается
тем, что проводники, по которым протекают токи
одного направления, притягиваются, а с токами
противоположных направлений – отталкиваются.
Из условия равновесия несложно определить, что угол поворота стрелки
пропорционален токам, протекающим через катушки и шкалы амперметра и
вольтметра электродинамической системы неравномерны, а для ваттметров
равномерны.

17.

Электростатическая система
Принцип работы основан на действии
электростатического поля, созданного
между двумя неподвижными электродами,
на подвижный электрод.
Когда к неподвижным электродам
приложено напряжение, подвижный
электрод стремится расположиться так,
чтобы электроемкость была наибольшей,
вследствие чего подвижная часть
отклоняется от первоначального положения.
Вращающий момент, действующий на
подвижную часть прибора, пропорционален
квадрату напряжения. Вследствие этого
шкала приборов электростатической
системы неравномерна.

18.

Цифровые измерительные приборы
Основой цифрового вольтметра является аналого-цифровой
преобразователь (АЦП). В настоящее время имеется
множество схемотехнических принципов построения АЦП,
однако общим из них является сравнение измеряемой
величины с набором эталонов. Основными
характеристиками АЦП являются точность преобразования
(число разрядов в выходном коде) и быстродействие.
Можно условно разделить АЦП на два класса:
последовательного счета, когда выходной код определяется
равенством измеряемого напряжения с дискретно растущим
эталонным напряжением и параллельного, когда сигнал
сравнивается с набором эталонных напряжений.
Цифровой амперметр можно реализовать установив на
входе цифрового вольтметр калиброванный резистор
небольшой величины, через который протекает измеряемый
ток. Падение напряжения на входном резисторе,
пропорциональное протекающему току, измеряется
цифровым вольтметром, табло которого соответствующим
образом градуируется.

19.

Общие элементы приборов
Шкала
Шкала обычно представляет собой светлую поверхность с черными делениями и цифрами,
соответствующими определенным значениям измеряемой величины.
На шкале каждого прибора наносятся следующие обозначения:
Обозначение единицы измеряемой величины.
Условное обозначение системы прибора (или принципа действия прибора).
Обозначение класса точности прибора.
Условное обозначение положения прибора.
Условное обозначение степени защищенности от магнитных и других влияний.
Величина испытательного напряжения изоляции измерительной цепи по отношению к
корпусу.
Год выпуска и заводской номер.
Обозначение рода тока.
Тип прибора.
Значение силы тока, соответствующее определенным значениям напряжения, и значения
напряжения, соответствующие определенным значениям силы тока.
Указатель
Может быть выполнен в виде стрелки или светового пятна с темной нитью посередине. По
форме стрелки бывают нитевидными, ножевидными и копьевидными.

20.

Цена деления шкалы
Шкалы приборов имеют деления. Для перевода числа делений в
единицы измеряемой величины необходимо отсчет по шкале
умножить на цену деления шкалы для данного предела измерения.
Цена деления – это число единиц измеряемой величины,
приходящееся на одно деление шкалы.
Чтобы определить цену деления шкалы, нужно предел измерения
прибора разделить на общее число делений шкалы.
Пример: предельное значение силы тока Iпред. = 75 А,
шкала амперметра имеет 150 делений.
В этом случае цена деления шкалы:
СI = 0,5 А/дел.

21.

Класс точности
Обозначается на лицевой стороне прибора числами:
0,05; 0,1; 0,2; 4,0 и т. д.
Эти числа указывают величину возможной относительной ошибки в
процентах при отклонении стрелки прибора на всю шкалу.
Степень защищенности
По степени защищенности от внешних полей приборы
подразделяются на три категории, которые обозначаются римской
цифрой на лицевой стороне прибора.
.

22. Магнетизм.Электромагнетизм.

Магнитное поле постоянных магнитов.
Магнитное поле тока.
Действие магнитного поля
на проводник с током.
Действие магнитного поля
на движущийся заряд.
Электромагнитная индукция.

23.

Эрстед
1777 – 1851г
Что этимпоказал
опытом
объяснял
и доказывал
Х.Эрстеда
в 1820
г., что электрический
Эрстед?
ток порождает
магнитное поле,

24. Магнитное поле.

• Это силовое поле в пространстве, окружающее
постоянные магниты и токи.
• Создается магнитами, токами или движущимися
зарядами. Действует на внесенные в него магниты,
токи и движущиеся заряды.
• Магнитное поле материально.

25. Виды магнитов

Естественный магнит –
кусок железной руды,
обладающий
способностью
притягивать к себе
находящиеся вблизи
железные предметы.
Земля – гигантский
естественный магнит.
Искусственные магнитыжелезные предметы,
получившие магнитные
свойства в результате
контакта с естественным
магнитом или
намагниченные в
магнитном поле.

26. Магнитные полюсы.

• Концы магнита, где притяжение максимальное,
назвали полюсами, а среднюю часть, где притяжение
практически отсутствует – нейтральной зоной.
• Разделить северный и южный полюсы единого
магнита нельзя.
• Разноименные полюсы магнитов притягиваются,
одноименные полюсы магнитов отталкиваются.

27. Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля

В – магнитная индукция.

28. Линии магнитной индукции.

это линии, касательные к которым в каждой
точке поля совпадают с направлением вектора
магнитной индукции.
1) Всегда замкнутые (нигде не начинаются и нигде не
кончаются).
Магнитное поле представляет собовихревое поле.
3) Направлены от северного полюса (N) к южному
полюсу (S) постоянного магнита.

29. Линии магнитной индукции вокруг проводника с током.

• Представляют собой замкнутые кривые линии.
• Направление магнитной индукции зависит от
направления тока, создающего магнитное поле.
• Направление магнитной индукции определяется
-- правилом правой руки;
-- правилом правого винта;
-- правилом буравчика.

30. Правило правой руки.

• Если проводник с
током взять в правую
руку так, чтобы
большой палец руки
показывал
направление тока в
проводнике, то
остальные пальцы
руки, окружающие
проводник, будут
показывать
направление силовых
линий магнитного
поля.

31. Правило буравчика

• Если направление
вращения ручки
буравчика
совпадает с
направлением тока
в проводнике, то
направление
поступательного
движения ручки
буравчика
совпадает с
направление линий
магнитного поля

32. Сила Ампера.

• Это сила, с которой внешнее магнитное
поле действует на помещенный в это
поле проводник с током.
• Определяется правилом левой руки.

33. Правило левой руки (направление силы Ампера)

Если ладонь левой руки
расположить так, чтобы в нее
входили линии магнитной
индукции, а четыре
вытянутых пальца
расположить по направлению
тока в проводнике, то
отогнутый большой палец
покажет направление силы
Ампера, действующей со
стороны магнитного поля на
проводник с током.

34. Сила Лоренца.

• Это сила, с которой магнитное поле
действует на одну заряженную частицу,
движущуюся в магнитном поле.
• Определяется правилом левой руки.

35. Правило левой руки (направление силы Лоренца)

Если ладонь левой руки
расположить так, чтобы в
нее входили линии
магнитной индукции, а
четыре вытянутых пальца
расположить по
направлению движения
частицы, то отогнутый
большой палец покажет
направление силы
Лоренца, действующей со
стороны магнитного поля
на единично движущийся
положительный заряд.

36. Правило левой руки (направление силы Лоренца)

Если ладонь левой руки
расположить так, чтобы в
нее входили линии
магнитной индукции, а
четыре вытянутых пальца
расположить по
направлению движения
частицы, то отогнутый
большой палец покажет
направление силы
Лоренца, действующей со
стороны магнитного поля
на единично движущийся
положительный заряд.

37. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

• Если частица влетает в
однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям
магнитной индукции, то она
начинает двигаться по
окружности.
• Если частица влетает в
магнитное поле под углом к
линиям магнитной индукции,
то она начинает двигаться по
винтовой линии,
охватывающей силовые
линии магнитного поля.

38. Движение заряженной частицы в неоднородном магнитном поле.

Если частица попадает
в неоднородное
магнитное поле с
медленно сходящимися
или расходящимися
силовыми линиями, то
она начинает двигаться
по усложненной
винтовой траектории.

39. Явление электромагнитной индукции

40. Опыт датского учёного Эрстеда

После опыта Х.Эрстеда, который показал в
1820 г., что электрический ток порождает
магнитное поле, стало понятно насколько
тесно связаны электрические и магнитные
явления. Поэтому все были уверены, что
должно быть и обратное явление: магнитное
поле может порождать электрический ток.
Именно это явление пытались найти во
многих лабораториях мира.
1777 – 1851г

41.

42.

Майкл Фарадей
1791 – 1867 г.г., английский физик,
Почетный член Петербургской
Академии Наук (1830),
Основоположник учения об
электромагнитном поле; ввел
понятия «электрическое» и
«магнитное поле»;
высказал идею существования
электромагнитных волн.
В 1821 г. великий английский учёный записал в своём
дневнике: “Превратить магнетизм в электричество” .
Через 10 лет эта задача была им решена.

43.

«Электромагнитная индукция» с латинского, означает « наведение»
Это явление
возникновения в
замкнутом
проводнике
электрического тока
при изменении
магнитного потока,
пронизывающего
контур этого
проводника
Возникающий при этом ток называют индукционным.
Для его получения не нужен источник тока.

44.

45. Когда мы вносим магнит в замкнутый контур катушки, что у него изменяется?

Магнитный поток — физическая величина, равная произведению
модуля вектора магнитной индукции. на площадь S и косинус угла
α между векторами. и нормалью. В СИ Ф=1Вб (Вебер)

46. А как определить направление индукционного тока?

Мы видим, что направление индукционного тока разное
в этих опытах.

47. Правило Ленца

Индукционный ток всегда
имеет такое направление,
что созданное им магнитное
поле направлено
противоположно магнитному
полю, которое вызывает
появление этого
индукционного тока.

48. Закон Фарадея (закон электромагнитной индукции).

• Электродвижущая сила индукции (ЭДС индукции) в
замкнутом проводящем контуре пропорциональна
скорости изменения магнитного потока
проходящего через поверхность, ограниченную
контуром.
• По правилу Ленца ЭДС индукции препятствует
причине, которая вызывает появление этой ЭДС.

49. Действие магнитного поля на рамку с током.

• При движении рамки с током в магнитном поле
происходит превращение электрической энергии
в энергию движения.
• Электродвигатель -- это машина, преобразующая
электрическую энергию в механическую.

50.

51. Закрепление:

• На каком из рисунков правильно
изображены линии индукции
магнитного поля.

52. Выполни тест:

1. Когда электрические заряды находятся в покое, то
вокруг них обнаруживается……
А) электрическое поле Б) магнитное поле
2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле
прямого тока?
А) беспорядочно Б) по окружности, охватывающий
проводник
3. Какой полюс магнитной стрелки указывает
направление вектора магнитной индукции?
А)северный
Б) южный

53.

• 4. От чего зависит сила, с которой
магнитное поле действует на проводник с
током?
А)площади поперечного сечения
проводника
Б) магнитной индукции В) силы тока
Г) длины проводника Д) времени
воздействия магнитного поля на
проводник.
5. В каких единицах измеряется индукция
магнитного поля?
А) Ньютон Б) Ампер В) Тесла.

54. В чём причина возникновения индукционного тока в катушке?

55.

Домашнее задание: параграфы
№68-79; вопросы; формулы; тесты стр.361,381,
презентация.
Спасибо!