Движение проводника с током в магнитном поле лежит в основе работы электрического двига теля (электродвигателя).

Принцип работы электродвигателя

Лёгкая прямоугольная рамка, насаженная на вертикальную ось, может вращаться между полюсами магнита. К концам рамки прикреплены металлические полукольца, которые служат для соединения источника тока и рамки — щётки.

Одна щётка всегда соединена с положительным полюсом источника тока, а другая — с отрицательным.

Поскольку рамка с током помещена в магнитное поле, то возникают силы, с которыми магнитное поле действует на проводник с  током (рамку). Правило левой руки позволяет определить направления этих сил.

В реальных электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Их укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля. Такое устройство называют якорем электродвигателя.

Магнитное поле двигателя создаётся сильным электромагнитом. Он подключён к тому же источнику тока, что и обмотка якоря. Проходящий по центральной оси железного цилиндра вал двигателя соединяют с  прибором, который приводится двигателем во вращение.

Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных для практического применения, был изобретён русским учёным Борисом Семёновичем Якоби в 1834 г.

Электрические двигатели получили широкое применение.

• По сравнению с тепловыми двигателями, электрические при той же мощности имеют меньшие размеры.
• Они не загрязняют окружающую среду, так как не выделяют газов, дыма и пара.
• Им не нужен запас топлива и воды.

Электрические двигатели могут быть любой мощности: от нескольких ватт (в электробритвах, электрических точилках для ножей) до сотен и тысяч киловатт (на  кораблях, экскаваторах, прокатных станах). Коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей может достигать 98%.

Информация о материале

Просмотров: 11

На проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует некоторая сила. От чего зависит направление этой силы?

Возьмём трёхстороннюю рамку, изготовленную из медной проволоки, и подвесим так, чтобы она могла свободно отклоняться от вертикали, а её сторона находилась между полюсами магнита. При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и рамка отклоняется от вертикали.

Изменим направление тока в цепи. При этом изменится и направление движения проводника, а  значит, и  направление действующей на него силы.

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита, т. е. изменить направление линий магнитного поля.

Следовательно, направление то ка в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки.

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а че тыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90 большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Электрический ток  — это упорядоченное движение заряженных частиц. Действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на движущиеся заряженные частицы внутри проводника.

Действие магнитного поля на частицы

С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся в нём частицы, как положительно, так и отрицательно заряженные.

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90 большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы надо поменять на противоположное тому, что найдено для положительной частицы.

Сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитного поля или параллельна ей.

Информация о материале

Просмотров: 32

Одни магниты обладают более сильным магнитным полем, чем другие. Действительно, при одном и том же расстоянии до гвоздей, рассыпанных на столе, сила притяжения к первому магниту оказалась достаточной для преодоления силы тяжести большого количества гвоздей, а сила притяжения ко второму — недостаточной.

Какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле? Для описания магнитного поля вводят силовую характеристику, подобную вектору напряжённости E электрического поля. Эту векторную физическую величину обозначают символом B и называют индукцией магнитного поля (или вектором магнитной индукции).

Магнитное поле может действовать с определённой силой на помещённый в  него проводник с током. Поместим прямолинейный участок проводника AB с током в магнитное поле перпендикулярно его магнитным линиям. При показанном на рисунке направлении тока в проводнике и расположении полюсов магнита действующая на участок проводника сила, согласно правилу левой руки, будет направлена вниз.

Определить эту силу можно, вычислив вес гирьки, которую приходится добавлять на правую чашу весов для их уравновешивания.

Опыты показывают, что модуль этой силы зависит от самого́ магнитного поля  — более мощный магнит действует на данный участок проводника с током с большей силой. Кроме того, сила действия магнитного поля на участок проводника:

• прямо пропорциональна длине l этого участка;
• силе тока I в нём;
• сила также зависит от ориентации участка проводника с током относительно магнитных линий.

В случае, когда участок проводника с током перпендикулярен магнитным линиям, при прочих равных условиях сила максимальна.

Модуль вектора магнитной индукции B равен отношению модуля силы F_max, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям участок проводника с током, к силе тока I и длине l этого участка.

В СИ единица магнитной индукции названа тесла (Тл) в  честь электротехника сербского происхождения Николы Теслы (1856—1943).

За направление вектора магнитной индукции в данной точке принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещённой в эту точку. Таким образом, в каждой точке пространства вектор магнитной индукции направлен по касательной к  магнитной линии в направлении этой линии.

Поэтому более точное название магнитных линий — линии магнитной индукции (или линии индукции магнитного поля).

Однородное магнитное поле

Если направление и модуль вектора магнитной индукции B одинаковы во всех точках некоторой области пространства, то магнитное поле в этой области называют однородным. В противном случае поле называют неоднородным.

Однородным можно считать магнитное поле внутри соленоида, длина которого намного больше диаметра.

В неоднородном поле, в  отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке. Например, в каждом из рассматриваемых неоднородных полей при переходе из точки 1 в точку 2 вектор магнитной индукции меняется по модулю, при переходе из точки 1 в точку 3 — по направлению, при переходе из точки 2 в точку 3 вектор магнитной индукции меняется как по модулю, так и по направлению.

Информация о материале

Просмотров: 47

Земля имеет собственное магнитное поле. Упрощённо её можно рассматривать как большой полосовой магнит.

Магнитные полюсы Земли определяются как условные точки (небольшие области), в которых магнитные линии перпендикулярны земной поверхности. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса, а северный магнитный полюс — вблизи Южного географического полюса.

Поскольку географические и  магнитные полюсы Земли не совпадают, стрелка компаса только приблизительно указывает направление на север.

Исследования показывают, что положения магнитных полюсов Земли медленно изменяются со временем, причём скорости дрейфа южного и северного магнитных полюсов различаются. По данным на 2020 г. северный и южный магнитные полюсы имели соответственно координаты 64,1 ю. ш., 135,9 в. д. и 86,5 с. ш., 162,9 в. д.

Земля обладает магнитным полем в основном благодаря своей структуре и процессам, происходящим в её ядре, — конвекции жидких металлов во внешнем ядре Земли, где текут электрические токи.

Магнитное поле Земли простирается на несколько тысяч километров и создаёт защиту от потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем.

Огромное значение имеет магнитное поле для систем навигации судов, летательных аппаратов и космических кораблей.

Во многих местах Земли имеются залежи железной руды, которая представляет собой природный магнит. Если залежи железной руды на небольшой глубине значительны, то в  этих областях магнитная стрелка существенно отклоняется от направления на магнитные полюсы Земли. Поэтому такие области называют областями магнитной аномалии (в пер. с греч. «отклонение, неправильность»). Известны Бразильская, Канадская, Восточно-Сибирская, Курская (одна из крупнейших) магнитные аномалии.

Магнитные бури

Отклонения магнитной стрелки от ожидаемого направления могут быть не только постоянными, как в областях магнитных аномалий, но и кратковременными. Это происходит из-за изменений магнитного поля Земли в результате взаимодействия с ним заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем в период своей активности. Такие изменения магнитного поля Земли называют магнитными бурями. Они сопровождаются не только красивыми полярными сияниями, но и неприятными сбоями в работе радиоэлектронной аппаратуры, систем связи и навигации.

Магнитное поле других планет

Магнитное поле имеется и у других планет, например у Сатурна и Юпитера. Магнитное поле Юпитера в 20 раз сильнее, чем поле Земли. Межпланетное магнитное поле примерно в  1000  раз слабее магнитного поля Земли. У  Солнца магнитное поле примерно в 200  раз сильнее, чем у Земли. Но обнаружены звёзды, у которых магнитные поля в сотни и десятки тысяч раз сильнее, чем у Солнца.

Информация о материале

Просмотров: 44