для чего в катушку вводят железный стержень
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Большой практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. Вообще по своей форме катушка напоминает пружину. Но в то время, если пружина важна в каких-либо механических системах, то катушка используется в магнетизме. Все потому что мы пропускаем электрический ток через катушку и это позволяет получить магнитное поле, сосредоточенное в основном внутри катушки и на её концах.
Посмотрите, как проходят линии магнитного поля внутри и снаружи катушки (рис. 1).
Рис. 1. Силовые линии магнитного поля
На рис. 1. представлена фотография с изображением формы силовых линий магнитного поля, полученного с помощью железных опилок. Мы видим, что линии поля внутри практически параллельны друг другу и оси катушки. На концах катушки они расходятся.
С другой стороны, в области вне соленоида, вдали от его краёв, железные опилки практически никак не упорядочены, что доказывает, что магнитная индукция там мала — магнитное поле слабое. Напоминает ли вам что-нибудь такое расположение линий магнитного поля? Такое расположение линий магнитного поля обуславливает множество применений катушки в технике.
Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
На рис. 2 показаны силовые линии, источником которых является катушка, состоящая из пяти витков проводника с электрическим током, а на рис. 3 показаны силовые линии, возникающие из кругового тока. Здесь аналогичный характер линий. Мы предполагаем, что в случае с катушкой мы имеем дело с суммированием полей, исходящих от отдельных катушек, в результате чего внутри катушки образуется почти однородное поле.
Обратите внимание, что чем плотнее (ближе друг к другу) намотаны катушки, тем больше они напоминают круги (окружности), и тогда мы практически имеем дело с сильным и однородным полем внутри катушки. Такое поле показано на рисунке 4. А соответствующая этой фигуре реальная катушка с несколько иным числом витков показана на рис. 5.
Рис. 4. Сильное и однородное поле внутри катушки 
Рис. 5. Катушка
На практике мы используем катушки с еще более плотно намотанными витками (см. рисунок 6). Можно использовать даже несколько слоев катушек. Все это делается для того, чтобы получить максимально возможное значение магнитной индукции внутри катушки. Она прямо пропорциональна плотности намотки, т.е. количеству витков на единицу длины катушки.
Рис. 6. Плотно намотанная катушка
где μ0 — магнитная постоянная, μr — магнитная проницаемость среды внутри катушки, I — значение силы тока, протекающего в обмотке, N — число витков, L — длина катушки.
Из вышеприведенной формулы можно, например, сделать следующий выводы:
Обратим внимание на еще один, очень важный аспект магнитного поля, создаваемого катушкой. А именно, сходство силовых линий этого поля с силовыми линиями постоянного магнита в форме стержня. Смотрите рисунки 7а. и 7б., где оба поля показаны символически.
Рис. 7. а, б. Сходство силовых линий полю стержневого постоянного магнита.
Электромагниты и их применение
Обратите внимание на направление электрического тока в катушке. Согласно правилу правой руки, электрический ток создает магнитное поле, силовые линии которого направлены так же, как у магнита. Таким образом, мы можем назначить магнитные полюса катушке с электрическим током, что и у магнита. Поэтому такую катушку с электрическим током можно назвать электромагнитом.
Важно! Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагниты находят бóльшее применение в технике, чем постоянные магниты. Это происходит в основном по двум причинам:
Отметим широкое применение электромагнитов, которые используются, например, в:
Конечно, не во всех случаях применения электромагнит похож на так называемый стержневой магнит, очень часто он напоминает подковообразный магнит. Например, электромагнит, используемый для подъема железного лома, модель которого показана на рис. 8. или электромагнит, который используется для электрического звонка (рис. 9.).
Рис. 8. Электромагнит для подъема металлолома 
Рис. 9. Электромагнит в схеме традиционного электрического звонка. Источник Wikipidia
Наконец, интересный факт. Можно пойти еще дальше и соединить оба конца катушки. Тогда мы получим так называемую тороидальную катушку (см. рис. 10). Это важный компонент электрических систем переменного тока; он служит для хранения энергии магнитного поля и может иметь высокую индуктивность (L).
Рис. 10. Тороидальная катушка. Источник: лицензия Freepik
§ 59. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.
Рис. 97. Притяжение железных опилок катушкой с током
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).
Рис. 98. Полюсы катушки с током
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).
Рис. 99. Магнитные линии катушки с током
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.
На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.
Рис. 100. Действие магнитного поля катушки
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис. 101).
Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником
Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.
Рис. 102. Дугообразный электромагнит
Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.
Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).
Рис. 103. Применение электромагнитов
На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.
Рис. 104. Магнитный сепаратор
Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.
Вопросы
Упражнение 41
Задание
План-конспект урока по физике на тему «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение»
§ 59. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.
Рис. 97. Притяжение железных опилок катушкой с током
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).
Рис. 98. Полюсы катушки с током
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).
Рис. 99. Магнитные линии катушки с током
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.
На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней
Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется
Рис. 100. Действие магнитного поля катушки
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки
Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником
Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.
Рис. 102. Дугообразный электромагнит
Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.
Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).
Рис. 103. Применение электромагнитов
На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.
Рис. 104. Магнитный сепаратор
Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.
Вопросы
Упражнение 41
Задание
На рисунке 106 показана схема простейшей телеграфной установки, позволяющей передавать телеграммы со станции А на станцию В. На схеме цифрами обозначено: 1 — ключ, 2 — электромагнит, 3 — якорь, 4 — пружина, 5 — колесико, смазанное краской.
По схеме объясните работу установки. В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъёмниках, насосах, сила тока достигает нескольких тысяч ампер. Так как в последовательно соединённых проводниках сила тока одинакова, то такая же сила тока будет во всех соединительных проводах этой цепи. Это очень неудобно, особенно если потребитель тока находится на большом расстоянии от пульта управления, где включается ток. Такие цепи можно включать при помощи специального устройства — электромагнитного реле (рис. 107), приводя его в действие малой силой тока. На схеме обозначено: 1 — электромагнит, 2 — якорь, 3 — контакты рабочей цепи, 4 — пружина, 5 — электродвигатель, 6 — контакты цепи электродвигателя. Объясните, как действует этот прибор.
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты
На прошлом уроке мы говорили о том, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле.
Большой практический интерес представляет магнитное поле катушки с током — соленоида (так называют такую катушку в технике). Она представляет собой намотанную на цилиндрическую поверхность проволоку, причём длина обмотки во много раз больше её диаметра.
Если пропустить по такой катушке ток, то она приобретёт свойство притягивать к себе лёгкие металлические предметы.
Если подвесить катушку с током на тонких и гибких проводниках и дать ей возможность свободно вращаться, то она установится так, что один её конец будет обращён на север, а другой — на юг. Следовательно, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный.
Если поменять направление тока в катушке, то она повернётся на 180о. Это свидетельствует о том, что
направление линий магнитного поля катушки связано с направлением тока в ней.
Применяя железные опилки, можно получить картину линий магнитного поля катушки с током.
Как видим, внутри катушки магнитные линии параллельны друг другу, а на концах расходятся и замыкаются вне катушки. Таким образом, линии магнитного поля катушки с током, также, как и прямого тока, являются замкнутыми кривыми.
Принято считать, что вне катушки они направлены от её северного полюса к южному.
Для определения направления линий магнитного поля можно использовать правило правой руки
, но только для соленоида.
Если ладонью правой руки обхватить катушку с током так, чтобы четыре пальца расположились по направлению тока, то отставленный большой палец укажет направление линий магнитного поля внутри катушки.
Теперь выясним, можно ли как-нибудь увеличить силу магнитного поля катушки с током. Для этого проделаем такой опыт. Возьмём две катушки, в одной из которых число витков проволоки больше, чем во второй. И присоединим их к одинаковым источникам тока.
Замкнув цепь, мы увидим, что при одинаковой силе тока, катушка с большим числом витков, притянет к себе больше железных предметов. Значит, магнитное поле катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней
Теперь видоизменим наш опыт. Включим катушку в электрическую цепь, содержащую реостат и с его помощью будем изменять силу тока в цепи.
При увеличении силы тока, сила магнитного поля катушки с током увеличивается, а при уменьшении силы тока — уменьшается. Значит, сила магнитного поля катушки с током зависит от силы тока.
Но, кроме описанных нами двух способов усилить магнитное поле катушки, есть и ещё один. Этот способ впервые придумал Д. Араго, поместив внутрь катушки металлический стержень.
Араго заметил, что даже при постоянной силе тока и числе витков, магнитное поле катушки значительно увеличивается, если внутри катушки с током находится железный стержень.
Впоследствии железный стержень стали называть сердечником
, а
катушку с сердечником — электромагнитом
. Назначение электромагнита понятно из названия:
с помощью электрического тока создаётся мощный магнит.
Электромагнит, который представлен на рисунке, может удержать груз массой в десятки килограммов даже при небольшой силе тока в катушках, что недоступно никакому постоянному магниту.
Электромагниты, благодаря возможности регулировать их магнитное действие, широко используются людьми. Например, электромагниты, используемые на производстве, способны удерживать и переносить тонны металлического груза. Ещё недавно казалось, что поезд на магнитной «подушке» — это дело отдалённого будущего. Сегодня такие поезда построены, в Китае и Японии они уже находятся в эксплуатации. Поезд не имеет колёс, а «плывёт» над длинной магнитной полосой, заменяющей рельсы. Под магнитной полосой расположены мощные электромагниты, создающие необходимое магнитное поле. Поезда на магнитной подушке не испытывают трения, не загрязняют атмосферу и практически бесшумны.
Ещё одно применение магнита — использование его в электрическом звонке.
При нажатии кнопки цепь звонка замыкается, железная пластинка, называемая якорем, притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше. При этом контакт с винтом нарушается, ток в электромагните прекращается, и пружина возвращает якорь в прежнее положение. Затем всё повторяется снова.
Постоянные магниты. Что это?
Китайцы, как и греки, тоже замечали интересное свойство некоторых минералов притягивать к себе железосодержащие предметы. Слово «притягивать» китайцы ассоциируют со словами «прижиматься», «любить» и поэтому назвали такие минералы «чу-ши», что значит «любящий камень». Так как эти минералы создала природа, и человек не мог повлиять на естественное действие камней, их стали называть постоянными магнитами.
Магнитный железняк.
Древние люди приписывали магнитному железняку свойства «живой души». Минерал, по их словам, устремлялся к железу, как собака к куску мяса. Ученые объясняют отношение древних к явлениям природы незнанием физики.
На самом деле, все заключается в особом виде материи – поле.
Магнитное поле и притягивает к постоянному магниту железные предметы, ведь, например, мелкие гвоздики или кнопки устремляются к магниту даже без соприкосновения с ним, а на некотором расстоянии.
Магнетит (природный магнитный железняк) проявляет свойства притягивания не очень сильно. Человеком на его основе созданы искусственные магниты с более мощным магнитным полем. В качестве материала в них используются такие металлы, как кобальт, никель и, конечно же, железо. Такие металлы способны намагничиваться, попадая в магнитное поле, а потом становятся самостоятельными магнитами.
Разные формы искусственных магнитов. Источник
Какую бы форму не имел магнит, у него есть участки, где наиболее сильно проявляются магнитные свойства. Эти участки называют магнитными полюсами. У каждого, даже самого маленького магнита, есть два полюса. Современные технологии позволяют намагничивать металлические предметы так, что у них образуется и 4 и 6 полюсов.
Увидеть, как по-разному притягиваются железные опилки к магниту, можно на простейшем опыте с дугообразным школьным магнитом. Просто поднести к опилкам магнит, опилки тут же «прилипнут» к нему:
Дугообразный магнит.
Полюсами такого магнита будут края дуги, где больше всего скопилось железных опилок.
У полосового магнита, форма которого прямоугольный параллелепипед, полюса находятся далеко друг от друга. Чем ближе к середине, тем меньше проявляются магнитные свойства.
Полосовой магнит.
Указатель юга и севера – компас. Полюсы магнитные
«Указатель юга» — так называли древние китайцы свое изобретение. Это был прибор в форме ложки, изготовленный из природного магнита. Ложка могла вращаться вокруг вертикальной оси.
Древний китайский компас.
Ручка ложки указывала южное направление. Она была северным полюсом ложки-магнита.
Развитие науки не остановилось, и современные компасы уже имеют другой вид:
Разные виды компасов.
Магнитная стрелка, главный элемент компаса, — это постоянный магнит и имеет два полюса. Конец стрелки, указывающий на географический Север, называют северным (N), а противоположный – южным (S) полюсом. Отсюда и название полюсов различных магнитов.
Раскраска магнитов в красный и синий цвета условна, реже используются и другие цвета. Существенным является то, что полюсы магнитов существуют только парами. Если распилить, например, полосовой магнит, получатся два полосовых магнита, и у них будет снова по два полюса: северный и южный.
В школьных лабораторных работах используются маленькие магниты на подставке, которые насаживаются на тонкую иглу и могут свободно вращаться вокруг этой иглы. Такие устройства называются магнитными стрелками, как подобие стрелок компасов.
С помощью стрелок изучается взаимодействие полюсов магнитов. Если приблизить стрелки друг к другу, они начинают поворачиваться и установятся по следующему правилу:
Земной шар является огромным магнитом, у которого есть свои полюсы. Но нельзя путать магнитные полюсы Земли с географическими. Согласно правилу, синий (северный) конец стрелки должен поворачиваться к Южному полюсу земного шара, так как притягиваются разноименные полюсы. Да, действительно, это так. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса, но не в той же точке, а чуть в стороне, на острове Принца Уэльского. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде, где и Южный географический.
Источник
Месторасположение магнитных полюсов Земли не остается постоянным. Полюсы смещаются на расстояние нескольких десятков километров в год.
Очень широк список областей, где применяются магниты:
От изучения природных магнитных явлений человек давно шагнул к элетромагнитным явлениям, без чего невозможно развитие знаний об электричестве и электрическом токе.
Магнитное поле тока прямого проводника
Определить наличие магнитного поля можно, если к магниту поднести магнитную стрелку. Если поле есть, то стрелка повернется и займет положение по правилу взаимодействия полюсов. Северный полюс стрелки повернется к южному полюсу магнита.
Будет ли оказывать действие на стрелку электрический ток?
Проверить это можно с помощью опыта. Стрелка установлена на острие, над нею параллельно ее оси помещен проводник. Если замкнуть цепь, стрелка повернется в другое положение, при выключенной цепи вернется обратно.
Впервые проведя этот опыт в 1820 году, датский ученый Ганс Христиан Эрстед, не имея достаточно знаний о магнетизме, не сумел объяснить поведение стрелки около проводника с током. Это было сделано позднее, а опыт получил название «Опыта Эрстеда».
Получается, что электрический ток может быть источником магнитного поля, которое возникает вокруг движущихся зарядов (вокруг не движущихся зарядов есть только электрическое поле).
Нет ли противоречия в наличии магнитного поля вокруг тока, где направленно движутся частицы, и магнитного поля около постоянных магнитов? Оказывается, в магнитах существуют так называемые молекулярные токи, циркулирующие внутри молекул. Во времена Эрстеда природа таких токов была еще не открыта. Теперь же известно, что в атоме постоянно движутся электроны, поэтому и возникают магнитные свойства некоторых природных веществ, например, железа.
По примеру магнитов для графического изображения поля вокруг тока используют силовые магнитные линии. Направление их указывают северные полюсы магнитных стрелок, помещенных в это поле.
Расположение стрелок показывает, что:
Существует так называемое первое правило правой руки, по которому можно указать направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника с током. При изменении направления тока меняется и направление силовых линий поля. Правая рука человека помогает разобраться в этих направлениях.
Конечно, правило применяется не буквально. Не нужно провод брать в руки, надо мысленно представить эту ситуацию с проводником и рукой.
Урок по теме «Магнитное поле катушки с током. Электромагнит»
: Здравствуйте ребята и уважаемые гости. На прошлом занятии мы вспомнили с вами, что магнитное поле порождается электрическим током. А также оно возникает и вокруг постоянных магнитов, и также движущихся электрических зарядов. Дайте, пожалуйста,
определение магнитного поля
. (Выслушивается ответ ученика).
Вызываю к доске 4 учеников для выполнения домашнего задания, а в это время с остальными проводится фронтальный опрос:
Как вы прокомментируете отрывок из стихотворения португальского писателя Мичела Торга
И были – жажда борьбы и корабельные сосны,
И каравеллами стали сосен стволы.
Они отплывали, ведомы бессонной
Тревогой магнитной иглы.
Как связаны направление магнитной линии и направление свободно установленной магнитной стрелки? О чем идет здесь речь?
Проверяем работы учеников у доски вместе с остальными ребятами. (текст заданий и рисунки см в приложении№1,3)
Объяснение нового материала
На прошлом уроке мы выяснили, что прямой провод с током создает вокруг себя магнитное поле. Но наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. Катушка состоит из большого числа витков проволоки, намотанного на деревянный каркас.
Давайте посмотрим следующее взаимодействие
Подвешивают кольцо для демонстрации магнитного поля кругового тока на нити, включают ток и подносят дугообразный магнит с одной стороны кольца, оно выталкивается или втягивается внутрь магнита.
Показывают, используя два кольца, подвешивая их на нитях к штативу так, чтобы плоскости колец были параллельны друг другу.
катушки взаимодействуют. Ведут себя как магниты. Следовательно катушки с током, как и магнитные стрелки, имеют два полюса –северный и южный.
Вокруг катушки с током имеется м.п.
Записываем новую тему: Магнитное поле катушки с током.
Магнитное поле катушки с током можно обнаружить при помощи опилок. Магнитные линии магнитного поля являются замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от N полюса к S. (документ- камера с соленоидом) или рис в учебнике
Для определения направления этих линий применяют второе правило правой руки
:
Правой рукой обхватить катушку так, чтобы 4 пальца были направлены по току в витках, тогда большой отставленный палец будет указывать направление линий магнитного поля.
Давайте разберем пару задач на доске, чтобы наглядно представить выполнение этого правила
Дети рисуют в тетрадь
Самостоятельная Работа на местах
Проверяем работу на экране проектора
Прошу оставить у себя в тетради и дома вклеить.
Катушки с током широко применяют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять(усиливать или ослаблять) в широких пределах. Давайте мы с вами это и проверим на опыте.
Перед вами на столе лежит коробочка с лабораторным оборудованием: соблюдая инструкцию, соберем цепь, состоящую из источника питания, реостата, амперметра и катушки. Опишите свои наблюдения.
Вывод: 1. при увеличении тока действие м.п катушки усиливается, при уменьшении-ослабляется.
Когда число металлических скобок наибольшее? При каком условии
N1 меньше N2, N3 больше N1? Значит:
2. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки
3. Магнитное действие катушки с током тем сильнее, чембольше число витков в ней
катушка с железным сердечником внутри. Железо, сталь, никель, кобальт
Соленоид – длинная катушка с током.
Какой результат вы получили, когда разомкнули цепь?
Именно эта особенность, ребята, что магнитные свойства исчезают при прерывании тока, позволила широко применять электромагниты в технике.
На электрических схемах электромагнит изображается таким значком
Техническое применение электромагнитов.
Электромагниты находят широкое применение в технике.
эл. магниты используют для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.
При нажатии кнопки цепь звонка замыкается, якорь притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше. При этом контакт с винтом В нарушается, ток в электромагните прекращается и пружина П возвращает якорь в прежнее положение.
(Звонок –на демонстрационном столе) звонок в школе и в квартирах
5.Домофо́н (под этим чаще всего подразумевается Домофонная система — электронная система состоящая из устройств, передающих сигнал от вызывного блока к переговорному устройству.
Один из главных компонентов- Электромеханический замок — представляет собой засов, выдвигаемый с помощью электромагнита
Закрепление учебного материала.
(изменить число витков, силу тока и наличие сердечника)
задание п.59, упр 41. Повторить п.57-60
На рисунке изображен проволочный прямоугольник, направление тока в нем показано стрелками. Пользуясь правилом буравчика, начертите вокруг каждой из его четырех сторон по одной магнитной линии, указав стрелкой ее направление.
Ток в проводнике направлен от В к А. Как расположится магнитная стрелка, если замкнуть цепь?
С магнитной стрелки стерлась синяя и красная краска, которой были покрашены соответственно ее северный и южный полюсы. Чтобы определить полюсы, ее поместили в поле полосового магнита, и она расположилась так, как показано на рисунке. Определите и раскрасьте полюса у стрелки в соответствующие цвета.
Инструкция для проведения
Пронаблюдайте какое количество металлических скобок притянет
kатушка, являясь магнитом. Запишите.N1=____
Пронаблюдайте какое количество металлических скобок притянет в этот раз Катушка. Запишите.
N2=____
Укажите направление линий магнитного поля прямого тока
Укажите направление тока в прямом проводе
Соленоид и его магнитные свойства. Электромагниты
Короткие провода применяются редко. Тем более, что при небольшом токе вокруг них возникает и небольшое магнитное поле. Для усиления магнитного действия прямой провод сворачивают в виде спирали на непроводящем трубчатом каркасе (дереве, пластмассе, керамике). Такое устройство называется соленоидом (от греч. «солен» — «трубка»). Проще говоря, это катушка с током.
Магнитные поля полосового магнита и катушки-соленоида очень похожи. Силовые линии катушки выходят с северного полюса, в южный полюс входят.
Определить полюсы соленоида можно, поднеся к краю катушки магнит. Если цепь замкнута, и по катушке идет ток, то магнит или притянется к соленоиду, или оттолкнется от него. Например, к катушке приблизили северный полюс магнита, подвешенный на нити.
Магнит оттолкнулся от края катушки. Но ведь отталкиваются одноименные полюсы. Значит, приблизили магнит к северному полюсу соленоида. С другой стороны будет находиться южный полюс.
Магнит будет притягиваться к катушке, значит, рядом с магнитом находится южный полюс катушки, так как притягиваются разноименные полюсы.
Направление линий магнитного поля катушки с током помогает определить второе правило правой руки.
Получается, что соленоид можно использовать как магнит, если подключить такой магнит к источнику тока. Это будет уже не постоянный магнит, а созданный с использованием электрического тока, который срабатывает при включении в электрическую сеть.
При изменении (увеличении или уменьшении) магнитного действия соленоида можно пойти тремя путями:
Приспособление, состоящее из катушки с током и сердечника внутри нее, называется электромагнитом. Это одна из главных частей большинства электротехнических приборов, систем и устройств:
Грузоподъемный магнит.
Домофон с электромагнитом.
Вентилятор с электродвигателем.
Самый первый электромагнит был изготовлен англичанином У. Стердженом в 1825 году. Его магнит массой 200 г сумел удержать тело в 3 кг 600 г. Через шесть лет американец Дж. Генри создал электромагнит, который поднимал уже 1000 кг.
Интересно и просто на основе электромагнита работает электрический звонок.
Соленоид
А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.
Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.
Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.
Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.
Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала – феррита.
Вариант 1
1. Приведите примеры промышленного использования электромагнитов.
2. Какие изменения в свойствах электромагнита произойдут, если внутрь катушки внести железный стержень?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается наверху?
4. На рисунке указано положение северного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Почему северный полюс магнитной стрелки показывает на север?
Вариант 2
1. Какое преимущество имеют электромагниты перед постоянными магнитами?
2. Как изменятся магнитные свойства катушки с током, если в ней увеличить силу тока?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается справа?
4. На рисунке указано положение южного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Что является основной частью компаса? В каких районах Земли магнитная стрелка ведет себя «странно»?
Ответы на самостоятельную работу Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли 8 класс Вариант 1 1. Для сортировки деталей, магнитные держатели, в звуковых устройствах, например, в звукоснимателе, магнитные сепараторы для зерна. 2. Электромагнитные свойства усилятся. 3. Южный полюс. 4. Положительная клемма расположена снизу. 5. Максимальное количество магнитных зарядов Земли находятся на Северном и Южном магнитных полюсах (не совпадающих с полюсами географической зоны). Стрелка поворачивается к противоположным магнитным зарядам Земли и всегда показывает на Север. Вариант 2 1. Электромагниты обладают свойства притягивать объекты тогда, когда нам это необходимо. Начинает течь ток и магнит работает. Можно менять вектор магнитной индукции, изменяя величину силы тока, или его направления. 2. Магнитные свойства катушки увеличатся. 3. Южный полюс 4. Положительная клемма расположена сверху. 5. Магнитная стрелка, является основной частью компаса. Странно стрелка будет вести себя на экваторе. Также странно будет вести себя в местах магнитной аномалии, чаще всего там располагаются большие залежи железной руды.
Магнитное поле катушки с током
Для концентрации магнитного поля в определенной части пространства из провода изготовляют катушку, по которой пропускают ток. Увеличение магнитной индукции поля достигается увеличением числа витков-катушки и размещением ее на стальном сердечнике, молекулярные токи которого, создавая свое поле, увеличивают результирующее поле катушки. Кольцевая катушка (рис. 3-11) имеет w витков, равномерно распределенных вдоль немагнитного сердечника. Поверхность, ограниченная окружностью радиуса R, совпадающей с средней магнитной линией, пронизывается полным током ΣI = Iw. Вследствие симметрии напряженность поля Н во всех точках, лежащих на средней магнитной линии, одинакова, поэтому м. д. с.
По закону полного тока
откуда напряженность магнитного поля на средней магнитной линии, совпадающей с осевой линией кольцевой катушки,
а магнитная индукция
При R1 — R2 = d (рис. 3-12).
Главное.
Для перевода кратных и дольных единиц измерения в СИ нужно помнить степень 10, которую показывает приставка (например кило-, санти-, и т. д.).
Несколько основных кратных единиц измерения:
Кило — [к] — 10³. Пример: 1 км = 10³ м (километр).
Мега — [М] — 10⁶. Пример: 1 МПа = 10⁶ Па (мегапаскаль).
Гига — [Г] — 10⁹. Пример: 1 ГГц = 10⁹ Гц (гигагерц).
Тера — [Т] — 10¹². Пример: 1 ТВ = 10¹² В (терравольт).
Пета — [П] — 10¹⁵. Пример: 1 ПН = 10¹⁵ Н (петаНьютон).
Другие используются достаточно редко.
Несколько основных дольных единиц измерения:
Деци — [д] — 10⁻¹. Пример: 1 дм = 10⁻¹ м (дециметр).
Санти — [c] — 10⁻². Пример: 1 см = 10⁻² м (сантиметр).
Милли — [м] — 10⁻³. Пример: 1 мН = 10⁻³ Н (миллиньютон).
Микро — [мк] — 10⁻⁶. Пример: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл (микрокулон).
Нано — [н] — 10⁻⁹. Пример: 1 нс = 10⁻⁹ с (наносекунда).
Пико — [п] — 10⁻¹². Пример: 1 пФ = 10⁻¹² Ф (пикофарад).
Другие используются также достаточно редко.