Магнитное поле

1.

Магнитное поле
{
Действие МП на проводник с током
Закон Ампера
Принцип работы электродвигателя
Магнитная индукция

2.

Что же такое магнитное поле?
Магнитное поле (МП) это особый вид материи, посредством
которой осуществляется взаимодействие между движущимися
заряженными частицами.
Источниками магнитного поля являются постоянные магниты, проводники с
током. Обнаружить магнитное поле можно по действию на магнитную стрелку,
проводник с током и движущиеся заряженные частицы.
Для исследования магнитного поля используют замкнутый плоский контур с
током (рамку с током).

3.

Основные свойства магнитного поля, полученные из экспериментов:
• магнитное поле материально, т. е. существует независимо от
наших знаний о нем;
• порождается только движущимся электрическим зарядом: вокруг
любого движущегося заряженного тела существует магнитное
поле. Магнитное поле может быть создано и магнитом, но и там
причиной появления поля является движение электронов.
Магнитное поле может быть создано и переменным
электрическим полем;
• обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся
электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
• магнитное поле распространяется в пространстве с конечной
скоростью, равной скорости света в вакууме.

4.

Магнитное поле не является потенциальным. Его работа на замкнутой
траектории может быть не равна нулю.
Магнитным взаимодействием называют притяжение или отталкивание
электрически нейтральных проводников при пропускании через них
электрического тока.
Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов объясняется
так: всякий движущийся электрический заряд создает в пространстве
магнитное поле, которое действует на движущиеся заряженные частицы.
Примеры проявления магнитного взаимодействия:
* притяжение или отталкивание двух параллельных проводников с током;
* магнетизм некоторых веществ, например, магнитный железняк, из
которых изготавливаются постоянные магниты; поворот легкой стрелки,
сделанной из магнитного материала, вблизи проводника с током
* вращение рамки с током в магнитном поле

5.

Впервые термин «магнитное поле» ввел в 1845 году М. Фарадей, классическая
теория электромагнитного поля была создана Дж. Максвеллом (1873),
квантовая теория — в 20-х годах XX века.
Майкл Фараде́й 22 сентября 1791— 25
августа 1867) — английский физикэкспериментатор и химик.
Максвелл Джеймс Клерк (1831—
1879) – британский физик

6.

Действие магнитного поля на проводник с током
При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или
газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с
током приобретает магнитные свойства.
Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде
магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а
если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику
постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.
В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер
установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с
током.
Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими
зарядами, в частности - заряженными частицами (электронами, ионами).
Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи
взаимно притягиваются.
Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию
магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, - магнитное взаимодействие, а
уж потом - механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.

7.

8.

Закон Ампера
Закон Ампера — один из важнейших и полезнейших законов в
электротехнике, без которого немыслим научно-технический прогресс. Этот
закон был впервые сформулирован в 1820 году Андре Мари Ампером. Из него
следует, что два расположенные параллельно проводника, по которым
проходит электрический ток, притягиваются, если направления токов
совпадают, а если ток течёт в противоположных направлениях, то
проводники отталкиваются. Взаимодействие здесь происходит посредством
магнитного поля, которое перманентно возникает при движении заряженных
частиц.

9.

Принцип действия электродвигателя.
Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования
электрической энергии в механическую.

10.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях
используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того,
используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать
эти удивительные устройства.
Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных
класса: AC и DC.
Электродвигатели класса AC
(Alternating Current) требуют
для работы источник
переменного тока или
напряжения (такой источник
Вы можете найти в любой
электрической розетке в
доме).
Электродвигатели класса DC
(Direct Current) требуют для
работы источник постоянного
тока или напряжения (такой
источник Вы можете найти в
любой батарейке).
Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.
Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля
скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии
одинаков для всех типов.

11.

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.
В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект,
обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие
электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один
из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель
Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12
пассажирами на борту. Однако для широкого использования
электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии —
электромагнитный генератор.
Принцип работы электродвигателя
очень прост: вращение вызывается
силами магнитного притяжения и
отталкивания, действующими между
полюсами подвижного электромагнита
(ротора) и соответствующими
полюсами внешнего магнитного поля,
создаваемого неподвижным
электромагнитом (или постоянным
магнитом) — статором.

12.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем),
а неподвижная - статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок
катушки служит ротором, а постоянный магнит - статором.
Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения
двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного
электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора,
автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на
месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот
момент отталкивания.
Для автоматического переключения полюсов ротора
служит коллектор. Он представляет собой пару
закрепленных на валу ротора пластин, к которым
подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины
подается через токоснимающие контакты (щетки).
При повороте ротора на 180° пластины меняются
местами — это автоматически меняет направление
тока и, следовательно, полюсы подвижного
электромагнита. Так как одноименные полюсы
взаимно отталкиваются, катушка продолжает
вращаться, а ее полюсы притягиваются к
соответствующим полюсам на другой стороне
магнита.

13.

Магнитная индукция
Магнитная индукция – одна из основных характеристик магнитного поля.
Представляет собой векторную величину и характеризует силу магнитного
действия поля на перемещающиеся внутри него заряженные частицы.
С научной точки зрения данное явление можно объяснить таким образом. В
основе любого металла лежит кристаллическая решётка. В этой кристаллической
решётке содержатся отрицательно заряженные частицы – электроны. В
ситуации, когда на проводник не оказывается никакого внешнего магнитного
воздействия, заряженные частицы находятся в состоянии полного покоя.
Но в ситуации, когда проводник подпадает под воздействие магнитного поля
переменной направленности, эти частицы приходят в движение. Прибор для
создания магнитного поля и наблюдения явления индукции состоит из
металлической катушки, и перемещающегося в ней постоянного магнита.Сила
возникающего в катушке электротока зависит от нескольких факторов:
• Свойств металла, из которого сделана катушка.
• Свойств магнита, перемещающегося внутри катушки.
• Скорости движения катушки и магнита относительно друг друга.

14.

Чем сильнее магнитное воздействие, тем большее число электронов внутри
металла поворачиваются, однороднее становится их положение в
кристаллической решётке. При этом магнитные поля отдельных частиц не
нейтрализуют друг друга, а наоборот, усиливают и формируют единое
магнитное поле.
Обозначается магнитная индукция латинским символом «В», и определяет
силу внешнего влияния, оказываемого магнитным полем на заряженные
частицы – в нашем случае электроны, обозначаемые «q», – в некоторой
точке. Скорость движения заряженных частиц обозначается буквой «U».
Fmax– наибольшая сила, воздействующая на проводник.
L – его длина.
I – сила тока заряженных частиц в металле.
Единицей индукции в международной системе СИ является «тесла»,
сокращённо в русском варианте «Тл», в международном – «Т».