A figura mostra linhas de campo magnético. Campo magnético e sua representação gráfica. Campo magnético não homogêneo e homogêneo (Eryutkin E.S.). Linhas de campo magnético
Tópicos do codificador do Exame de Estado Unificado: interação de ímãs, campo magnético de um condutor com corrente.
As propriedades magnéticas da matéria são conhecidas pelas pessoas há muito tempo. Os ímãs receberam o nome da antiga cidade de Magnésia: em suas proximidades havia um mineral comum (mais tarde chamado de minério de ferro magnético ou magnetita), cujos pedaços atraíam objetos de ferro.
Interação magnética
Em dois lados de cada ímã existem Polo Norte E pólo Sul. Dois ímãs são atraídos um pelo outro por pólos opostos e repelidos por pólos semelhantes. Os ímãs podem agir uns sobre os outros mesmo no vácuo! Tudo isso se assemelha à interação de cargas elétricas, porém a interação dos ímãs não é elétrica. Isto é evidenciado pelos seguintes fatos experimentais.
A força magnética enfraquece à medida que o ímã aquece. A força da interação das cargas pontuais não depende de sua temperatura.
A força magnética enfraquece se o ímã for sacudido. Nada disso acontece com corpos eletricamente carregados.
Cargas elétricas positivas podem ser separadas das negativas (por exemplo, durante a eletrificação de corpos). Mas é impossível separar os pólos de um ímã: se você cortar um ímã em duas partes, então os pólos também aparecem no local do corte, e o ímã se divide em dois ímãs com pólos opostos nas extremidades (orientados exatamente da mesma maneira como os pólos do ímã original).
Então ímãs Sempre bipolares, eles existem apenas na forma dipolos. Pólos magnéticos isolados (chamados monopolos magnéticos- análogos da carga elétrica) não existem na natureza (em qualquer caso, ainda não foram descobertos experimentalmente). Esta é talvez a assimetria mais impressionante entre eletricidade e magnetismo.
Assim como os corpos eletricamente carregados, os ímãs agem sobre cargas elétricas. No entanto, o ímã só atua sobre em movimento cobrar; se a carga estiver em repouso em relação ao ímã, o efeito da força magnética sobre a carga não será observado. Pelo contrário, um corpo eletrificado atua sobre qualquer carga, independentemente de estar em repouso ou em movimento.
De acordo com os conceitos modernos da teoria de curto alcance, a interação dos ímãs é realizada através campo magnético Ou seja, um ímã cria um campo magnético no espaço circundante, que atua sobre outro ímã e causa uma atração ou repulsão visível desses ímãs.
Um exemplo de ímã é agulha magnética bússola. Usando uma agulha magnética, você pode avaliar a presença de um campo magnético em uma determinada região do espaço, bem como a direção do campo.
Nosso planeta Terra é um ímã gigante. Não muito longe do pólo geográfico norte da Terra está o pólo magnético sul. Portanto, a extremidade norte da agulha da bússola, voltada para o pólo magnético sul da Terra, aponta para o norte geográfico. É daí que veio o nome “pólo norte” de um ímã.
Linhas de campo magnético
O campo elétrico, lembramos, é estudado por meio de pequenas cargas de teste, pelo efeito pelo qual se pode avaliar a magnitude e a direção do campo. O análogo de uma carga de teste no caso de um campo magnético é uma pequena agulha magnética.
Por exemplo, você pode obter algumas informações geométricas sobre o campo magnético colocando agulhas de bússola muito pequenas em diferentes pontos do espaço. A experiência mostra que as setas se alinharão ao longo de certas linhas - as chamadas linhas de campo magnético. Vamos definir este conceito na forma dos três pontos a seguir.
1. Linhas de campo magnético, ou linhas de força magnética, são linhas direcionadas no espaço que possuem a seguinte propriedade: uma pequena agulha de bússola colocada em cada ponto de tal linha é orientada tangente a esta linha.
2. A direção da linha do campo magnético é considerada a direção das extremidades norte das agulhas da bússola localizadas em pontos desta linha.
3. Quanto mais densas as linhas, mais forte será o campo magnético numa determinada região do espaço..
A limalha de ferro pode servir com sucesso como agulhas de bússola: em um campo magnético, pequenas limalhas ficam magnetizadas e se comportam exatamente como agulhas magnéticas.
Assim, despejando limalha de ferro em torno de um ímã permanente, veremos aproximadamente a seguinte imagem das linhas do campo magnético (Fig. 1).
Arroz. 1. Campo magnético permanente
O pólo norte de um ímã é indicado pela cor azul e pela letra; o pólo sul - em vermelho e a letra . Observe que as linhas de campo saem do pólo norte do ímã e entram no pólo sul: afinal, é para o pólo sul do ímã que a extremidade norte da agulha da bússola será direcionada.
A experiência de Oersted
Apesar de os fenômenos elétricos e magnéticos serem conhecidos pelas pessoas desde a antiguidade, por muito tempo nenhuma relação entre eles foi observada. Durante vários séculos, as pesquisas sobre eletricidade e magnetismo ocorreram paralelamente e independentemente uma da outra.
O fato notável de que os fenômenos elétricos e magnéticos estão realmente relacionados entre si foi descoberto pela primeira vez em 1820 – no famoso experimento de Oersted.
O diagrama do experimento de Oersted é mostrado na Fig. 2 (imagem do site rt.mipt.ru). Acima da agulha magnética (e são os pólos norte e sul da agulha) há um condutor metálico conectado a uma fonte de corrente. Se você fechar o circuito, a seta ficará perpendicular ao condutor!
Este experimento simples indicou diretamente a relação entre eletricidade e magnetismo. Os experimentos que se seguiram ao experimento de Oersted estabeleceram firmemente o seguinte padrão: o campo magnético é gerado por correntes elétricas e atua sobre as correntes.
Arroz. 2. Experiência de Oersted
O padrão das linhas do campo magnético gerado por um condutor condutor de corrente depende do formato do condutor.
Campo magnético de um fio reto percorrido por corrente
As linhas do campo magnético de um fio reto que transporta corrente são círculos concêntricos. Os centros desses círculos estão no fio e seus planos são perpendiculares ao fio (Fig. 3).
Arroz. 3. Campo de um fio reto com corrente
Existem duas regras alternativas para determinar a direção das linhas diretas do campo magnético.
Regra do sentido horário. As linhas de campo vão no sentido anti-horário se você observar que a corrente flui em nossa direção.
Regra de parafuso(ou regra de verruma, ou regra saca-rolhas- isso é algo mais próximo de alguém ;-)). As linhas de campo vão onde você precisa girar o parafuso (com rosca normal à direita) para que ele se mova ao longo da rosca na direção da corrente.
Use a regra que melhor lhe convier. É melhor se acostumar com a regra do sentido horário - mais tarde você verá por si mesmo que é mais universal e mais fácil de usar (e então lembre-se disso com gratidão no primeiro ano, quando estudar geometria analítica).
Na Fig. 3 algo novo apareceu: este é um vetor chamado indução de campo magnético, ou indução magnética. O vetor de indução magnética é análogo ao vetor de intensidade do campo elétrico: serve característica de potência campo magnético, determinando a força com a qual o campo magnético atua sobre as cargas em movimento.
Falaremos sobre forças em um campo magnético mais tarde, mas por enquanto observaremos apenas que a magnitude e a direção do campo magnético são determinadas pelo vetor de indução magnética. Em cada ponto do espaço, o vetor é direcionado na mesma direção da extremidade norte da agulha da bússola colocada em um determinado ponto, ou seja, tangente à linha de campo na direção desta linha. A indução magnética é medida em Tesla(Tl).
Tal como no caso do campo eléctrico, para a indução do campo magnético aplica-se o seguinte: princípio de superposição. Está no fato de que as induções de campos magnéticos criados em um determinado ponto por várias correntes se somam vetorialmente e fornecem o vetor de indução magnética resultante:.
Campo magnético de uma bobina com corrente
Considere uma bobina circular através da qual circula uma corrente contínua. Não mostramos a fonte que cria a corrente na figura.
A imagem das linhas de campo de nossa órbita será aproximadamente a seguinte (Fig. 4).
Arroz. 4. Campo de uma bobina com corrente
Será importante podermos determinar para qual meio espaço (em relação ao plano da bobina) o campo magnético está direcionado. Novamente temos duas regras alternativas.
Regra do sentido horário. As linhas de campo vão até lá, olhando de onde a corrente parece circular no sentido anti-horário.
Regra de parafuso. As linhas de campo vão para onde o parafuso (com rosca normal à direita) se moverá se girado na direção da corrente.
Como você pode ver, a corrente e o campo mudam de função - em comparação com a formulação dessas regras para o caso da corrente contínua.
Campo magnético de uma bobina de corrente
Bobina Funcionará se você enrolar o fio firmemente, volta por volta, em uma espiral suficientemente longa (Fig. 5 - imagem de en.wikipedia.org). A bobina pode ter várias dezenas, centenas ou até milhares de voltas. A bobina também é chamada solenóide.
Arroz. 5. Bobina (solenóide)
O campo magnético de uma volta, como sabemos, não parece muito simples. Campos? voltas individuais da bobina são sobrepostas umas às outras e parece que o resultado deveria ser uma imagem muito confusa. Porém, não é assim: o campo de uma bobina longa tem uma estrutura inesperadamente simples (Fig. 6).
Arroz. 6. Campo de bobina de corrente
Nesta figura, a corrente na bobina flui no sentido anti-horário quando vista da esquerda (isso acontecerá se na Fig. 5 a extremidade direita da bobina estiver conectada ao “mais” da fonte de corrente e a extremidade esquerda ao “ menos"). Vemos que o campo magnético da bobina possui duas propriedades características.
1. Dentro da bobina, longe de suas bordas, o campo magnético é homogêneo: em cada ponto o vetor de indução magnética é o mesmo em magnitude e direção. As linhas de campo são linhas retas paralelas; eles dobram apenas perto das bordas da bobina quando saem.
2. Fora da bobina o campo é próximo de zero. Quanto mais voltas houver na bobina, mais fraco será o campo fora dela.
Observe que uma bobina infinitamente longa não libera o campo para fora: não há campo magnético fora da bobina. Dentro dessa bobina, o campo é uniforme em todos os lugares.
Não te lembra nada? Uma bobina é o análogo “magnético” de um capacitor. Você se lembra que um capacitor cria um campo elétrico uniforme dentro de si, cujas linhas se dobram apenas perto das bordas das placas, e fora do capacitor o campo é próximo de zero; um capacitor com placas infinitas não libera o campo para o exterior, e o campo é uniforme em todo o seu interior.
E agora - a observação principal. Por favor compare a imagem das linhas do campo magnético fora da bobina (Fig. 6) com as linhas do campo magnético na Fig. 1. É a mesma coisa, não é? E agora chegamos a uma questão que provavelmente já surge em sua mente há muito tempo: se um campo magnético é gerado por correntes e atua sobre correntes, então qual é a razão do aparecimento de um campo magnético próximo a um ímã permanente? Afinal, este ímã não parece ser um condutor de corrente!
Hipótese de Ampère. Correntes elementares
A princípio pensava-se que a interação dos ímãs era explicada por cargas magnéticas especiais concentradas nos pólos. Mas, ao contrário da eletricidade, ninguém conseguiu isolar a carga magnética; afinal, como já dissemos, não foi possível obter os pólos norte e sul de um ímã separadamente - os pólos estão sempre presentes em um ímã aos pares.
As dúvidas sobre as cargas magnéticas foram agravadas pelo experimento de Oersted, quando se descobriu que o campo magnético é gerado pela corrente elétrica. Além disso, descobriu-se que para qualquer íman é possível selecionar um condutor com uma corrente de configuração adequada, de modo que o campo deste condutor coincida com o campo do íman.
Ampere apresentou uma hipótese ousada. Não há cargas magnéticas. A ação de um ímã é explicada por correntes elétricas fechadas em seu interior.
Quais são essas correntes? Esses correntes elementares circular dentro de átomos e moléculas; eles estão associados ao movimento dos elétrons ao longo das órbitas atômicas. O campo magnético de qualquer corpo consiste nos campos magnéticos dessas correntes elementares.
As correntes elementares podem ser localizadas aleatoriamente umas em relação às outras. Então seus campos se cancelam mutuamente e o corpo não exibe propriedades magnéticas.
Mas se as correntes elementares são organizadas de maneira coordenada, então seus campos, somados, reforçam-se mutuamente. O corpo se torna um ímã (Fig. 7; o campo magnético será direcionado para nós; o pólo norte do ímã também será direcionado para nós).
Arroz. 7. Correntes magnéticas elementares
A hipótese de Ampere sobre as correntes elementares esclareceu as propriedades dos ímãs. Aquecer e agitar um ímã destrói a ordem de suas correntes elementares e as propriedades magnéticas enfraquecem. A inseparabilidade dos pólos do ímã tornou-se óbvia: no ponto onde o ímã é cortado, obtemos as mesmas correntes elementares nas extremidades. A capacidade de um corpo ser magnetizado em um campo magnético é explicada pelo alinhamento coordenado de correntes elementares que “giram” adequadamente (leia sobre a rotação de uma corrente circular em um campo magnético na próxima folha).
A hipótese de Ampere revelou-se verdadeira - isso foi demonstrado pelo desenvolvimento da física. As ideias sobre correntes elementares tornaram-se parte integrante da teoria do átomo, desenvolvida já no século XX - quase cem anos após a brilhante suposição de Ampere.
O tema desta lição será o campo magnético e sua representação gráfica. Discutiremos o campo magnético uniforme e não uniforme. Primeiro, vamos definir o campo magnético, dizer a que ele está associado e quais propriedades ele possui. Vamos aprender como representá-lo em gráficos. Aprenderemos também como é determinado um campo magnético não uniforme e homogêneo.
Hoje vamos primeiro repetir o que é um campo magnético. Um campo magnético - um campo de força que se forma em torno de um condutor através do qual flui a corrente elétrica. Está associado a cargas móveis.
Agora é necessário observar propriedades do campo magnético. Você sabe que essa cobrança possui vários campos associados a ela. Em particular, o campo elétrico. Mas discutiremos precisamente o campo magnético criado pelas cargas em movimento. Um campo magnético possui diversas propriedades. Primeiro: O campo magnético é criado pelo movimento de cargas elétricas. Em outras palavras, um campo magnético é formado em torno de um condutor através do qual flui uma corrente elétrica. A próxima propriedade que informa como o campo magnético é determinado. É determinado pelo efeito sobre outra carga elétrica em movimento. Ou, dizem eles, para uma corrente elétrica diferente. Podemos determinar a presença de um campo magnético pelo efeito na agulha da bússola, na chamada. agulha magnética.
Outra propriedade: campo magnético exerce força. Por isso dizem que o campo magnético é material.
Essas três propriedades são as marcas de um campo magnético. Depois de decidirmos o que é um campo magnético e determinarmos as propriedades de tal campo, é necessário dizer como o campo magnético é estudado. Em primeiro lugar, o campo magnético é estudado usando um referencial condutor de corrente. Se pegarmos um condutor, fizermos uma moldura redonda ou quadrada com esse condutor e passarmos uma corrente elétrica por essa moldura, então, em um campo magnético, essa moldura girará de uma certa maneira.
Arroz. 1. A estrutura condutora de corrente gira em um campo magnético externo
Pela forma como este quadro gira, podemos julgar campo magnético. Só aqui há uma condição importante: o quadro deve ser muito pequeno ou deve ter um tamanho muito pequeno em comparação com as distâncias em que estudamos o campo magnético. Esse quadro é chamado de circuito de corrente.
Também podemos estudar o campo magnético utilizando agulhas magnéticas, colocando-as num campo magnético e observando o seu comportamento.
Arroz. 2. O efeito de um campo magnético nas agulhas magnéticas
A próxima coisa que falaremos é como representar um campo magnético. Como resultado de pesquisas realizadas ao longo de muito tempo, ficou claro que o campo magnético pode ser convenientemente representado por meio de linhas magnéticas. Observar linhas magnéticas, vamos fazer um experimento. Para nosso experimento precisaremos de um ímã permanente, limalha de ferro metálico, vidro e uma folha de papel branco.
Arroz. 3. A limalha de ferro se alinha ao longo das linhas do campo magnético
Cubra o ímã com uma placa de vidro e coloque uma folha de papel por cima, uma folha de papel branca. Polvilhe limalha de ferro em cima de uma folha de papel. Como resultado, você verá como aparecem as linhas do campo magnético. O que veremos são as linhas do campo magnético de um ímã permanente. Às vezes também são chamados de espectro de linhas magnéticas. Observe que existem linhas em todas as três direções, não apenas no plano.
Linha magnética- uma linha imaginária ao longo da qual os eixos das agulhas magnéticas se alinhariam.
Arroz. 4. Representação esquemática de uma linha magnética
Veja, a figura mostra o seguinte: a linha é curva, a direção da linha magnética é determinada pela direção da seta magnética. A direção é indicada pelo pólo norte da agulha magnética. É muito conveniente representar linhas com setas.
Arroz. 5. Como é indicada a direção das linhas de campo?
Agora vamos falar sobre as propriedades das linhas magnéticas. Primeiro, as linhas magnéticas não têm começo nem fim. Estas são linhas fechadas. Como as linhas magnéticas estão fechadas, não há cargas magnéticas.
Segundo: são linhas que não se cruzam, não são interrompidas, não se torcem de qualquer forma. Com a ajuda das linhas magnéticas, podemos caracterizar o campo magnético, imaginar não só a sua forma, mas também falar sobre o efeito da força. Se representarmos uma densidade maior dessas linhas, então neste local, neste ponto do espaço, teremos uma ação de força maior.
Se as linhas são paralelas entre si, sua densidade é a mesma, então neste caso dizem que o campo magnético é uniforme. Se, pelo contrário, isso não for cumprido, ou seja, a densidade é diferente, as linhas são curvas, então tal campo será chamado heterogêneo. Ao final da aula, gostaria de chamar sua atenção para os seguintes desenhos.
Arroz. 6. Campo magnético não homogêneo
Em primeiro lugar, já sabemos que linhas magnéticas pode ser representado por setas. E a figura representa precisamente um campo magnético não uniforme. A densidade é diferente em locais diferentes, o que significa que o efeito da força deste campo na agulha magnética será diferente.
A figura a seguir mostra um campo homogêneo. As linhas são direcionadas em uma direção e sua densidade é a mesma.
Arroz. 7. Campo magnético uniforme
Um campo magnético uniforme é um campo que ocorre dentro de uma bobina com um grande número de voltas ou dentro de uma barra magnética reta. O campo magnético fora de uma tira magnética, ou o que observamos hoje na aula, é um campo não uniforme. Para entender tudo isso completamente, vejamos a tabela.
Lista de literatura adicional:
Belkin I.K. Campos elétricos e magnéticos // Quantum. - 1984. - Nº 3. - S. 28-31. Kikoin A. K. De onde vem o magnetismo? // Quântico. - 1992. - Nº 3. - P. 37-39.42 Leenson I. Mistérios da agulha magnética // Quantum. - 2009. - Nº 3. - P. 39-40. Livro didático de física elementar. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974
No curso de física da 8ª série, você sabe que um campo magnético é gerado por uma corrente elétrica. Existe, por exemplo, em torno de um condutor metálico que transporta corrente. Neste caso, a corrente é criada por elétrons movendo-se direcionalmente ao longo do condutor. Um campo magnético também surge quando uma corrente passa através de uma solução eletrolítica, onde os portadores de carga são íons carregados positiva e negativamente movendo-se um em direção ao outro.
Como a corrente elétrica é o movimento direcionado de partículas carregadas, podemos dizer que um campo magnético é criado pelo movimento de partículas carregadas, tanto positivas quanto negativas.
Lembremos que, de acordo com a hipótese de Ampere, as correntes de anel surgem nos átomos e moléculas da matéria como resultado do movimento dos elétrons.
A Figura 85 mostra que em ímãs permanentes essas correntes elementares do anel são orientadas da mesma maneira. Portanto, os campos magnéticos formados em torno de cada corrente têm as mesmas direções. Esses campos reforçam-se mutuamente, criando um campo dentro e ao redor do ímã.
Arroz. 85. Ilustração da hipótese de Ampere
Para representar visualmente o campo magnético, são utilizadas linhas magnéticas (também chamadas de linhas de campo magnético) 1. Lembremos que as linhas magnéticas são linhas imaginárias ao longo das quais estariam localizadas pequenas setas magnéticas, colocadas em um campo magnético.
Uma linha magnética pode ser traçada através de qualquer ponto do espaço onde exista um campo magnético.
A Figura 86 mostra que uma linha magnética (reta e curva) é desenhada de modo que em qualquer ponto desta linha a tangente a ela coincida com o eixo da agulha magnética colocada neste ponto.
Arroz. 86. Em qualquer ponto de uma linha magnética, a tangente a ela coincide com o eixo da agulha magnética colocada neste ponto
As linhas magnéticas estão fechadas. Por exemplo, o padrão de linhas magnéticas de um condutor reto que transporta corrente consiste em círculos concêntricos situados em um plano perpendicular ao condutor.
Da Figura 86 fica claro que a direção da linha magnética em qualquer ponto é convencionalmente considerada como sendo a direção indicada pelo pólo norte da agulha magnética colocada neste ponto.
Nas áreas do espaço onde o campo magnético é mais forte, as linhas magnéticas são desenhadas mais próximas umas das outras, ou seja, mais densas, do que nos locais onde o campo é mais fraco. Por exemplo, o campo mostrado na Figura 87 é mais forte à esquerda do que à direita.
Arroz. 87. As linhas magnéticas estão mais próximas umas das outras em locais onde o campo magnético é mais forte
Assim, a partir do padrão das linhas magnéticas pode-se julgar não apenas a direção, mas também a magnitude do campo magnético (ou seja, em quais pontos do espaço o campo atua na agulha magnética com maior força e em quais com menos).
Consideremos a imagem das linhas do campo magnético de uma faixa magnética permanente (Fig. 88). Do seu curso de física da 8ª série, você sabe que as linhas magnéticas saem do pólo norte de um ímã e entram no pólo sul. Dentro do ímã eles são direcionados do pólo sul para o norte. As linhas magnéticas não têm começo nem fim: ou são fechadas ou, como a linha do meio da figura, vão do infinito ao infinito.
Arroz. 88. Imagem do campo magnético de uma tira magnética permanente
Arroz. 89. Linhas magnéticas de um campo magnético criado por um condutor reto transportando corrente
Fora de um ímã, as linhas magnéticas estão localizadas mais densamente em seus pólos. Isto significa que o campo é mais forte perto dos pólos e, à medida que se afasta dos pólos, enfraquece. Quanto mais próxima a agulha magnética estiver do pólo do ímã, maior será a força que o campo magnético atua sobre ela. Como as linhas magnéticas são curvas, a direção da força com que o campo atua sobre a seta também muda de ponto para ponto.
Assim, a força com a qual o campo de uma tira magnética atua sobre uma agulha magnética colocada neste campo pode ser diferente em diferentes pontos do campo, tanto em magnitude quanto em direção.
Tal campo é chamado de não homogêneo. As linhas de um campo magnético não uniforme são curvas, sua densidade varia de ponto a ponto.
Outro exemplo de campo magnético não uniforme é o campo em torno de um condutor reto que transporta corrente. A Figura 89 mostra uma seção desse condutor localizada perpendicularmente ao plano do desenho. O círculo indica a seção transversal do condutor. O ponto significa que a corrente é direcionada por trás do desenho em nossa direção, como se víssemos a ponta de uma seta indicando a direção da corrente (a corrente direcionada por nós atrás do desenho é indicada por uma cruz, como se víssemos a cauda de uma flecha direcionada ao longo da corrente).
A partir desta figura fica claro que as linhas do campo magnético criadas por um condutor reto que transporta corrente são círculos concêntricos, cuja distância entre os quais aumenta com a distância do condutor.
Em uma determinada região limitada do espaço, é possível criar um campo magnético uniforme, ou seja, um campo em qualquer ponto em que a força na agulha magnética seja a mesma em magnitude e direção.
A Figura 90 mostra o campo magnético que surge dentro de um solenóide - uma bobina de fio cilíndrico com corrente. O campo dentro do solenóide pode ser considerado uniforme se o comprimento do solenóide for significativamente maior que seu diâmetro (fora do solenóide o campo não é uniforme, suas linhas magnéticas estão localizadas aproximadamente da mesma forma que as de uma tira magnética). Pode-se observar nesta figura que as linhas magnéticas de um campo magnético uniforme são paralelas entre si e localizadas com a mesma densidade.
Arroz. 90. Campo magnético do solenóide
O campo dentro da faixa magnética permanente em sua parte central também é uniforme (ver Fig. 88).
Para criar imagens de um campo magnético, use a seguinte técnica. Se as linhas de um campo magnético uniforme estão localizadas perpendicularmente ao plano do desenho e direcionadas para longe de nós, além do desenho, então elas são representadas com cruzes (Fig. 91, a), e se por trás do desenho em nossa direção, então com pontos (Fig. 91, b). Como no caso da corrente, cada cruz é como a cauda visível de uma flecha voando para longe de nós, e a ponta é a ponta de uma flecha voando em nossa direção (em ambas as figuras a direção das setas coincide com a direção do magnético linhas).
Arroz. 91. Linhas de campo magnético direcionadas perpendicularmente ao plano do desenho: a - do observador; b - para o observador
Questões
- Qual é a fonte do campo magnético?
- O que cria o campo magnético de um ímã permanente?
- O que são linhas magnéticas? O que é considerado para sua direção em qualquer ponto?
- Como as agulhas magnéticas estão localizadas em um campo magnético cujas linhas são retas; curvilíneo?
- 0 o que pode ser avaliado a partir do padrão das linhas do campo magnético?
- Que tipo de campo magnético - homogêneo ou não homogêneo - é formado ao redor da tira magnética; em torno de um condutor reto que transporta corrente; dentro de um solenóide cujo comprimento é significativamente maior que seu diâmetro?
- O que pode ser dito sobre a magnitude e direção da força que atua sobre a agulha magnética em diferentes pontos do campo magnético não homogêneo; campo magnético uniforme?
- Qual é a diferença entre a localização das linhas magnéticas em campos magnéticos não homogêneos e homogêneos?
Exercício 31
1 No § 37 será dado um nome e uma definição mais precisos dessas linhas.
Catálogo de tarefas.
Tarefas D13. Um campo magnético. Indução eletromagnética
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Uma corrente elétrica passou por uma estrutura condutora de luz localizada entre os pólos de um ímã em forma de ferradura, cuja direção é indicada por setas na figura.
Solução.
O campo magnético será direcionado do pólo norte do ímã para o sul (perpendicular ao lado AB do quadro). Os lados do quadro com corrente são influenciados pela força Ampere, cuja direção é determinada pela regra da mão esquerda, e a magnitude é igual a onde está a intensidade da corrente no quadro, é a magnitude da indução magnética do campo magnético, é o comprimento do lado correspondente da moldura, é o seno do ângulo entre o vetor de indução magnética e a direção da corrente. Assim, no lado AB do referencial e no lado paralelo a ele, atuarão forças iguais em magnitude, mas opostas em direção: no lado esquerdo “de nós” e no lado direito “em nós”. As forças não atuarão nos demais lados, pois a corrente neles flui paralelamente às linhas de campo. Assim, o quadro começará a girar no sentido horário quando visto de cima.
À medida que você gira, a direção da força mudará e no momento em que a estrutura girar 90°, o torque mudará de direção, de modo que a estrutura não girará mais. A estrutura oscilará nesta posição por algum tempo e depois terminará na posição mostrada na Figura 4.
Resposta: 4
Fonte: Academia Estadual de Física. Onda principal. Opção 1313.
Uma corrente elétrica flui através da bobina, cuja direção é mostrada na figura. Ao mesmo tempo, nas extremidades do núcleo de ferro da bobina
1) formam-se pólos magnéticos: na extremidade 1 - o pólo norte; no final 2 - sul
2) formam-se pólos magnéticos: na extremidade 1 - o pólo sul; no final 2 - norte
3) acumulam-se cargas elétricas: na extremidade 1 - carga negativa; no final 2 é positivo
4) acumulam-se cargas elétricas: na extremidade 1 - carga positiva; no final 2 - negativo
Solução.
Quando partículas carregadas se movem, sempre surge um campo magnético. Vamos usar a regra da mão direita para determinar a direção do vetor de indução magnética: direcionamos nossos dedos ao longo da linha atual, então o polegar dobrado indicará a direção do vetor de indução magnética. Assim, as linhas de indução magnética são direcionadas da extremidade 1 à extremidade 2. As linhas do campo magnético entram no pólo magnético sul e saem pelo norte.
A resposta correta é indicada sob o número 2.
Observação.
Dentro do ímã (bobina), as linhas do campo magnético vão do pólo sul ao pólo norte.
Resposta: 2
Fonte: Academia Estadual de Física. Onda principal. Opção 1326., OGE-2019. Onda principal. Opção 54416
A figura mostra uma imagem das linhas do campo magnético de duas tiras magnéticas obtidas com limalha de ferro. A julgar pela localização da agulha magnética, quais pólos da tira magnética correspondem às áreas 1 e 2?
1) 1 - pólo norte; 2 - sul
2) 1 - sul; 2 - pólo norte
3) 1 e 2 - para o pólo norte
4) 1 e 2 - para o pólo sul
Solução.
Como as linhas magnéticas estão fechadas, os pólos não podem estar ao mesmo tempo sul e norte. A letra N (Norte) denota o pólo norte, S (Sul) o sul. O Pólo Norte é atraído pelo Pólo Sul. Portanto, a região 1 é o pólo sul, a região 2 é o pólo norte.
A utilização de testes nas aulas permite realizar uma real individualização e diferenciação da aprendizagem; introduzir trabalho correcional oportuno no processo de ensino; avaliar e gerenciar de forma confiável a qualidade do treinamento. Os testes propostos sobre o tema “Campo Magnético” contêm 10 tarefas.
Teste nº 1
1. Um ímã cria um campo magnético ao seu redor. Onde o efeito deste campo será mais poderoso?
A. Perto dos pólos de um ímã.
B. No centro do ímã.
B. A ação do campo magnético se manifesta uniformemente em todos os pontos do ímã.
Resposta correta: A.
2. É possível usar uma bússola na Lua para orientação?
Resposta: Você não pode.
B. É possível.
B. É possível, mas apenas nas planícies.
Resposta correta: A.
3. Em que condições aparece um campo magnético ao redor de um condutor?
A. Quando ocorre uma corrente elétrica em um condutor.
B. Quando o condutor é dobrado ao meio.
B. Quando o condutor é aquecido.
Resposta correta: A.
R. Para cima.
B. Para baixo.
B. À direita.
G. Para a esquerda.
Resposta correta: B.
5. Indique a propriedade fundamental do campo magnético?
R. Suas linhas de força sempre têm fontes: começam nas cargas positivas e terminam nas negativas.
B. O campo magnético não tem fontes. Não existem cargas magnéticas na natureza.
B. Suas linhas de força sempre têm fontes: começam nas cargas negativas e terminam nas positivas.
Resposta correta: B.
6.Selecione uma imagem que mostre um campo magnético.
Resposta correta: Figura 2
7. A corrente flui através de um anel de arame. Indique a direção do vetor de indução magnética.
R. Para baixo.
B. Para cima.
B. À direita.
Resposta correta: B.
8. Como se comportam as bobinas com núcleos mostradas na figura?
R. Eles não interagem.
B. Vire-se.
B. Eles se afastam.
Resposta correta: A.
9. O núcleo de ferro foi removido da bobina condutora de corrente. Como o padrão de indução magnética mudará?
R. A densidade das linhas magnéticas aumentará muitas vezes.
B. A densidade das linhas magnéticas diminuirá muitas vezes.
B. O padrão das linhas magnéticas não mudará.
Resposta correta: B.
10. Como podem ser alterados os pólos de uma bobina magnética com corrente?
A. Insira o núcleo na bobina.
B. Mude a direção da corrente na bobina.
B. Desligue a fonte de alimentação.
D. Aumente a corrente.
Resposta correta: B.
Teste nº 2
1. Na Islândia e na França, a bússola marítima começou a ser utilizada nos séculos XII e XIII. Uma barra magnética foi fixada no centro de uma cruz de madeira, depois essa estrutura foi colocada na água, e a cruz, girando, foi instalada no sentido norte-sul. Qual pólo a barra magnética irá virar para o pólo magnético norte da Terra?
R. Norte.
B. Sul.
Resposta correta: B.
2. Que substância não é atraída por um ímã?
R. Ferro.
B. Níquel.
B. Vidro.
Resposta correta: B.
3. Um fio isolado é colocado dentro do revestimento da parede. Como localizar os fios sem perturbar o revestimento da parede?
A. Leve a agulha magnética até a parede. O condutor com corrente e a seta irão interagir.
B. Ilumine as paredes. Um aumento na luz indicará a localização do fio.
B. A localização do fio não pode ser determinada sem quebrar o revestimento da parede.
Resposta correta: A.
4. A figura mostra a localização da agulha magnética. Qual é a direção do vetor de indução magnética no ponto A?
R. Para baixo.
B. Para cima.
B. À direita.
G. Para a esquerda.
Resposta correta: A.
5. Qual é a peculiaridade das linhas de indução magnética?
A. As linhas de indução magnética começam em cargas positivas e terminam em cargas negativas.
B. As linhas não têm começo nem fim. Eles estão sempre fechados.
Resposta correta: B.
6. O condutor condutor de corrente está localizado perpendicularmente ao plano. Em qual figura as linhas de indução magnética são mostradas corretamente?
Fig.1 Fig.2 Fig.3 Fig.4
Resposta correta: arroz. 4.
7. A corrente flui através de um anel de arame. Indique a direção da corrente se o vetor de indução magnética estiver direcionado para cima.
A. No sentido anti-horário.
B. No sentido horário.
Resposta correta: A.
8. Determine a natureza da interação das bobinas mostradas na figura.
Resposta: Eles se sentem atraídos.
B. Eles se afastam.
B. Eles não interagem.
Resposta correta: B.
9. A estrutura gira com corrente no campo magnético. Qual dispositivo usa esse fenômeno?
A. Disco laser.
B. Amperímetro.
B. Eletroímã.
Resposta correta: B.
10. Por que gira uma estrutura condutora de corrente colocada entre os pólos de um ímã permanente?
A. Devido à interação dos campos magnéticos da moldura e do ímã.
B. Devido à ação do campo elétrico da moldura sobre o ímã.
B. Devido à ação do campo magnético do ímã sobre a carga da bobina.
Resposta correta: A.
Literatura: Física. 8ª série: livro didático para documentos de educação geral / A.V. Perishkin. - Abetarda, 2006.