Líneas de fuerza de un campo magnético alterno. Campo magnético de la corriente eléctrica directa

Temas del codificador USE: interacción de imanes, campo magnético de un conductor con corriente.

Las propiedades magnéticas de la materia se conocen desde hace mucho tiempo. Los imanes obtuvieron su nombre de la antigua ciudad de Magnesia: un mineral (más tarde llamado mineral de hierro magnético o magnetita) estaba muy extendido en sus cercanías, cuyos fragmentos atraían objetos de hierro.

Interacción de imanes

En dos lados de cada imán se encuentran Polo Norte y Polo Sur. Dos imanes se atraen entre sí por polos opuestos y se repelen por polos iguales. ¡Los imanes pueden actuar entre sí incluso a través del vacío! Todo esto recuerda la interacción de las cargas eléctricas, sin embargo la interacción de los imanes no es eléctrica. Esto se evidencia por los siguientes hechos experimentales.

La fuerza magnética se debilita cuando el imán se calienta. La fuerza de la interacción de las cargas puntuales no depende de su temperatura.

La fuerza magnética se debilita al agitar el imán. Nada similar sucede con los cuerpos cargados eléctricamente.

Las cargas eléctricas positivas se pueden separar de las negativas (por ejemplo, cuando los cuerpos están electrificados). Pero es imposible separar los polos del imán: si cortas el imán en dos partes, también aparecen polos en el punto de corte, y el imán se rompe en dos imanes con polos opuestos en los extremos (orientados exactamente en la misma dirección). como los polos del imán original).

Entonces los imanes siempre bipolares, solo existen en la forma dipolos. Polos magnéticos aislados (los llamados monopolos magnéticos- análogos de carga eléctrica) en la naturaleza no existen (en cualquier caso, aún no se han detectado experimentalmente). Esta es quizás la asimetría más impresionante entre la electricidad y el magnetismo.

Al igual que los cuerpos cargados eléctricamente, los imanes actúan sobre cargas eléctricas. Sin embargo, el imán sólo actúa sobre Moviente cobrar; Si la carga está en reposo con respecto al imán, entonces ninguna fuerza magnética actúa sobre la carga. Por el contrario, un cuerpo electrificado actúa sobre cualquier carga, independientemente de que esté en reposo o en movimiento.

De acuerdo con los conceptos modernos de la teoría de la acción de corto alcance, la interacción de los imanes se lleva a cabo a través de campo magnético Es decir, un imán crea un campo magnético en el espacio circundante, que actúa sobre otro imán y provoca una atracción o repulsión visible de estos imanes.

Un ejemplo de un imán es aguja magnética Brújula. Con la ayuda de una aguja magnética, se puede juzgar la presencia de un campo magnético en una determinada región del espacio, así como la dirección del campo.

Nuestro planeta Tierra es un imán gigante. No muy lejos del polo norte geográfico de la Tierra se encuentra el polo sur magnético. Por lo tanto, el extremo norte de la aguja de la brújula, girando hacia el polo sur magnético de la Tierra, apunta hacia el norte geográfico. De ahí, de hecho, surgió el nombre de "polo norte" del imán.

líneas de campo magnético

El campo eléctrico, recordemos, se investiga con la ayuda de pequeñas cargas de prueba, por la acción en la que se puede juzgar la magnitud y la dirección del campo. Un análogo de una carga de prueba en el caso de un campo magnético es una pequeña aguja magnética.

Por ejemplo, puedes hacerte una idea geométrica del campo magnético colocando agujas de brújula muy pequeñas en diferentes puntos del espacio. La experiencia muestra que las flechas se alinearán a lo largo de ciertas líneas, las llamadas líneas de campo magnético. Definamos este concepto en la forma de los siguientes tres párrafos.

1. Las líneas de un campo magnético, o líneas de fuerza magnética, son líneas dirigidas en el espacio que tienen la siguiente propiedad: una pequeña aguja de brújula colocada en cada punto de dicha línea se orienta tangencialmente a esta línea..

2. La dirección de la línea del campo magnético es la dirección de los extremos norte de las agujas de la brújula ubicadas en los puntos de esta línea..

3. Cuanto más gruesas sean las líneas, más fuerte será el campo magnético en una determinada región del espacio..

Las limaduras de hierro pueden desempeñar con éxito el papel de las agujas de la brújula: en un campo magnético, las limaduras pequeñas se magnetizan y se comportan exactamente como agujas magnéticas.

Entonces, después de verter limaduras de hierro alrededor de un imán permanente, veremos aproximadamente la siguiente imagen de líneas de campo magnético (Fig. 1).

Arroz. 1. Campo magnético permanente

El polo norte del imán se indica en azul y la letra ; el polo sur - en rojo y la letra . Tenga en cuenta que las líneas de campo salen del polo norte del imán y entran en el polo sur, porque es hacia el polo sur del imán hacia donde apuntará el extremo norte de la aguja de la brújula.

La experiencia de Oersted

A pesar de que los fenómenos eléctricos y magnéticos son conocidos por las personas desde la antigüedad, durante mucho tiempo no se observó ninguna relación entre ellos. Durante varios siglos, la investigación sobre la electricidad y el magnetismo se desarrolló en forma paralela e independiente.

El hecho notable de que los fenómenos eléctricos y magnéticos están realmente relacionados entre sí se descubrió por primera vez en 1820 en el famoso experimento de Oersted.

El esquema del experimento de Oersted se muestra en la fig. 2 (imagen de rt.mipt.ru). Sobre la aguja magnética (y - los polos norte y sur de la flecha) hay un conductor de metal conectado a una fuente de corriente. Si cierra el circuito, ¡entonces la flecha gira perpendicular al conductor!
Este sencillo experimento apuntó directamente a la relación entre la electricidad y el magnetismo. Los experimentos que siguieron a la experiencia de Oersted establecieron firmemente el siguiente patrón: el campo magnético es generado por corrientes eléctricas y actúa sobre las corrientes.

Arroz. 2. Experimento de Oersted

La imagen de las líneas del campo magnético generado por un conductor con corriente depende de la forma del conductor.

Campo magnético de un alambre recto con corriente.

Las líneas de campo magnético de un alambre recto que transporta corriente son círculos concéntricos. Los centros de estos círculos se encuentran en el alambre y sus planos son perpendiculares al alambre (Fig. 3).

Arroz. 3. Campo de un hilo directo con corriente.

Hay dos reglas alternativas para determinar la dirección de las líneas de campo magnético de corriente continua.

regla de la manecilla de la hora. Las líneas de campo van en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se ven, de modo que la corriente fluye hacia nosotros..

regla de tornillo(o regla de la barrena, o regla del sacacorchos- está más cerca de alguien ;-)). Las líneas de campo van donde el tornillo (con rosca derecha convencional) debe girarse para moverse a lo largo de la rosca en la dirección de la corriente..

Usa la regla que más te convenga. Es mejor acostumbrarse a la regla de las agujas del reloj: usted mismo verá más tarde que es más universal y más fácil de usar (y luego la recordará con gratitud en su primer año cuando estudie geometría analítica).

En la fig. 3, también ha aparecido algo nuevo: se trata de un vector, que se llama inducción de campo magnético, o inducción magnética. El vector de inducción magnética es un análogo del vector de fuerza de campo eléctrico: sirve característica de potencia campo magnético, determinando la fuerza con la que el campo magnético actúa sobre las cargas en movimiento.

Más adelante hablaremos sobre las fuerzas en un campo magnético, pero por ahora solo notaremos que la magnitud y la dirección del campo magnético están determinadas por el vector de inducción magnética. En cada punto del espacio, el vector está dirigido en la misma dirección que el extremo norte de la aguja de la brújula colocada en este punto, es decir, tangente a la línea de campo en la dirección de esta línea. La inducción magnética se mide en teslach(Tl).

Como en el caso de un campo eléctrico, para la inducción de un campo magnético, principio de superposición. Se encuentra en el hecho de que inducción de campos magnéticos creados en un punto dado por varias corrientes se suman vectorialmente y dan el vector de inducción magnética resultante:.

El campo magnético de una bobina con corriente.

Considere una bobina circular a través de la cual circula una corriente continua. No mostramos la fuente que crea la corriente en la figura.

El dibujo de las líneas del campo de nuestro giro tendrá aproximadamente la siguiente forma (Fig. 4).

Arroz. 4. Campo de la bobina con corriente

Será importante para nosotros poder determinar en qué medio espacio (en relación con el plano de la bobina) se dirige el campo magnético. Nuevamente tenemos dos reglas alternativas.

regla de la manecilla de la hora. Las líneas de campo van allí, mirando desde donde la corriente parece circular en sentido contrario a las agujas del reloj..

regla de tornillo. Las líneas de campo van donde el tornillo (con roscas convencionales a la derecha) se movería si se girara en la dirección de la corriente..

Como puede ver, los roles de la corriente y el campo están invertidos, en comparación con las formulaciones de estas reglas para el caso de la corriente continua.

El campo magnético de una bobina con corriente.

Bobina resultará, si está apretado, bobina a bobina, enrolle el cable en una espiral suficientemente larga (Fig. 5 - imagen del sitio en.wikipedia.org). La bobina puede tener varias decenas, centenas o incluso miles de vueltas. La bobina también se llama solenoide.

Arroz. 5. Bobina (solenoide)

El campo magnético de una vuelta, como sabemos, no parece muy simple. ¿Campos? las vueltas individuales de la bobina se superponen entre sí, y parecería que el resultado debería ser una imagen muy confusa. Sin embargo, este no es el caso: el campo de una bobina larga tiene una estructura inesperadamente simple (Fig. 6).

Arroz. 6. campo de bobina con corriente

En esta figura, la corriente en la bobina va en sentido antihorario cuando se ve desde la izquierda (esto sucederá si, en la Fig. 5, el extremo derecho de la bobina está conectado al "más" de la fuente de corriente y el extremo izquierdo a el “menos”). Vemos que el campo magnético de la bobina tiene dos propiedades características.

1. Dentro de la bobina, lejos de sus bordes, el campo magnético es homogéneo: en cada punto, el vector de inducción magnética es el mismo en magnitud y dirección. Las líneas de campo son líneas rectas paralelas; se doblan solo cerca de los bordes de la bobina cuando se apagan.

2. Fuera de la bobina, el campo es cercano a cero. Cuantas más vueltas haya en la bobina, más débil será el campo exterior.

Tenga en cuenta que una bobina infinitamente larga no emite ningún campo: no hay campo magnético fuera de la bobina. Dentro de una bobina de este tipo, el campo es uniforme en todas partes.

¿No te recuerda a nada? Una bobina es la contraparte "magnética" de un capacitor. Recuerde que el capacitor crea un campo eléctrico uniforme dentro de sí mismo, cuyas líneas se curvan solo cerca de los bordes de las placas, y fuera del capacitor el campo es cercano a cero; un condensador con placas infinitas no libera el campo en absoluto, y el campo es uniforme en todas partes dentro de él.

Y ahora - la observación principal. Compare, por favor, la imagen de las líneas de campo magnético fuera de la bobina (Fig. 6) con las líneas de campo del imán en la Fig. una . Es lo mismo, ¿no? Y ahora llegamos a una pregunta que probablemente te hiciste hace mucho tiempo: si un campo magnético es generado por corrientes y actúa sobre corrientes, ¿cuál es la razón de la aparición de un campo magnético cerca de un imán permanente? ¡Después de todo, este imán no parece ser un conductor con corriente!

La hipótesis de Ampère. Corrientes elementales

Al principio, se pensó que la interacción de los imanes se debía a cargas magnéticas especiales concentradas en los polos. Pero, a diferencia de la electricidad, nadie pudo aislar la carga magnética; después de todo, como ya dijimos, no fue posible obtener por separado los polos norte y sur del imán: los polos siempre están presentes en el imán en pares.

Las dudas sobre las cargas magnéticas se vieron agravadas por la experiencia de Oersted, cuando resultó que el campo magnético es generado por una corriente eléctrica. Además, resultó que para cualquier imán es posible elegir un conductor con una corriente de la configuración adecuada, de modo que el campo de este conductor coincida con el campo del imán.

Ampere presentó una hipótesis audaz. No hay cargas magnéticas. La acción de un imán se explica por corrientes eléctricas cerradas en su interior..

¿Cuáles son estas corrientes? Estas corrientes elementales circular dentro de los átomos y moléculas; están asociados con el movimiento de electrones en órbitas atómicas. El campo magnético de cualquier cuerpo está formado por los campos magnéticos de estas corrientes elementales.

Las corrientes elementales se pueden ubicar aleatoriamente entre sí. Entonces sus campos se anulan entre sí y el cuerpo no muestra propiedades magnéticas.

Pero si las corrientes elementales están coordinadas, entonces sus campos, al sumarse, se refuerzan entre sí. El cuerpo se convierte en un imán (Fig. 7; el campo magnético estará dirigido hacia nosotros; el polo norte del imán también estará dirigido hacia nosotros).

Arroz. 7. Corrientes magnéticas elementales

La hipótesis de Ampere sobre las corrientes elementales aclaró las propiedades de los imanes. Calentar y agitar un imán destruye la disposición de sus corrientes elementales y las propiedades magnéticas se debilitan. La inseparabilidad de los polos del imán se hizo evidente: en el lugar donde se cortó el imán, obtenemos las mismas corrientes elementales en los extremos. La capacidad de un cuerpo para ser magnetizado en un campo magnético se explica por la alineación coordinada de corrientes elementales que "giran" correctamente (lea sobre la rotación de una corriente circular en un campo magnético en la siguiente hoja).

La hipótesis de Ampere resultó ser correcta; esto se demostró con el desarrollo posterior de la física. El concepto de corrientes elementales se ha convertido en parte integral de la teoría del átomo, desarrollada ya en el siglo XX, casi cien años después de la brillante conjetura de Ampère.

"Determinación del campo magnético" - De acuerdo con los datos obtenidos durante los experimentos, complete la tabla. J. Verne. Cuando acercamos un imán a la aguja magnética, esta gira. Representación gráfica de campos magnéticos. Hans Christian Oersted. Campo eléctrico. El imán tiene dos polos: norte y sur. La etapa de generalización y sistematización del conocimiento.

"Campo magnético y su representación gráfica" - Campo magnético no uniforme. Bobinas con corriente. líneas magnéticas. La hipótesis de Ampère. Dentro de la barra magnética. Polos magnéticos opuestos. Aurora boreal. El campo magnético de un imán permanente. Un campo magnético. El campo magnético de la Tierra. polos magnéticos Biometrología. círculos concéntricos. Campo magnético uniforme.

"Energía de campo magnético" - Valor escalar. Cálculo de la inductancia. Campos magnéticos permanentes. Tiempo de relajacion. Definición de inductancia. energía de la bobina Extracorrientes en un circuito con inductancia. Procesos de transición. Densidad de energia. Electrodinámica. Circuito oscilatorio. Campo magnético pulsado. Autoinducción. Densidad de energía del campo magnético.

"Características del campo magnético" - Líneas de inducción magnética. Regla de Gimlet. Gira a lo largo de las líneas de fuerza. Modelo informático del campo magnético terrestre. constante magnética. Inducción magnética. El número de portadores de carga. Tres formas de establecer el vector de inducción magnética. Campo magnético de la corriente eléctrica. El físico William Hilbert.

"Propiedades del campo magnético" - Tipo de sustancia. Inducción magnética de un campo magnético. Inducción magnética. Imán permanente. Algunos valores de inducción magnética. Aguja magnética. Altavoz. Módulo del vector de inducción magnética. Las líneas de inducción magnética siempre están cerradas. Interacción de corrientes. Esfuerzo de torsión. Propiedades magnéticas de la materia.

"Movimiento de partículas en un campo magnético" - Espectrógrafo. Manifestación de la acción de la fuerza de Lorentz. Fuerza de Lorentz. Ciclotrón. Determinación de la magnitud de la fuerza de Lorentz. Preguntas de prueba. Direcciones de la fuerza de Lorentz. Materia interestelar. La tarea del experimento. Cambiar ajustes. Un campo magnético. espectrógrafo de masas. Movimiento de partículas en un campo magnético. Tubo de rayos catódicos.

En total hay 20 presentaciones en el tema.

Entendamos juntos qué es un campo magnético. Después de todo, muchas personas viven en este campo toda su vida y ni siquiera piensan en ello. ¡Hora de arreglarlo!

un campo magnetico

un campo magnetico es un tipo especial de asunto. Se manifiesta en la acción sobre cargas eléctricas en movimiento y cuerpos que tienen su propio momento magnético (imanes permanentes).

Importante: ¡un campo magnético no actúa sobre cargas estacionarias! Un campo magnético también es creado por cargas eléctricas en movimiento, o por un campo eléctrico variable en el tiempo, o por los momentos magnéticos de los electrones en los átomos. Es decir, ¡cualquier cable a través del cual fluya la corriente también se convierte en un imán!

Un cuerpo que tiene su propio campo magnético.

Un imán tiene polos llamados norte y sur. Las designaciones "norte" y "sur" se dan solo por conveniencia (como "más" y "menos" en electricidad).

El campo magnético está representado por líneas magnéticas de fuerza. Las líneas de fuerza son continuas y cerradas, y su dirección siempre coincide con la dirección de las fuerzas de campo. Si se esparcen virutas de metal alrededor de un imán permanente, las partículas de metal mostrarán una imagen clara de las líneas del campo magnético que emergen del norte y entran en el polo sur. Característica gráfica del campo magnético - líneas de fuerza.

Características del campo magnético

Las principales características del campo magnético son inducción magnética, flujo magnético y permeabilidad magnética. Pero hablemos de todo en orden.

Inmediatamente, notamos que todas las unidades de medida están dadas en el sistema. SI.

Inducción magnética B - cantidad física vectorial, que es la principal característica de potencia del campo magnético. Denotado por letra B . La unidad de medida de la inducción magnética - Tesla (Tl).

La inducción magnética indica qué tan fuerte es un campo al determinar la fuerza con la que actúa sobre una carga. Esta fuerza se llama Fuerza de Lorentz.

Aquí q - cobrar, v - su velocidad en un campo magnético, B - inducción, F es la fuerza de Lorentz con la que actúa el campo sobre la carga.

F- una cantidad física igual al producto de la inducción magnética por el área del contorno y el coseno entre el vector de inducción y la normal al plano del contorno por donde pasa el flujo. El flujo magnético es una característica escalar de un campo magnético.

Podemos decir que el flujo magnético caracteriza el número de líneas de inducción magnética que penetran en una unidad de área. El flujo magnético se mide en Weberach (BM).

Permeabilidad magnética es el coeficiente que determina las propiedades magnéticas del medio. Uno de los parámetros de los que depende la inducción del campo magnético es la permeabilidad magnética.

Nuestro planeta ha sido un gran imán durante varios miles de millones de años. La inducción del campo magnético terrestre varía según las coordenadas. En el ecuador, es aproximadamente 3,1 veces 10 elevado a la menos quinta potencia de Tesla. Además, existen anomalías magnéticas, donde el valor y la dirección del campo difieren significativamente de las áreas vecinas. Una de las mayores anomalías magnéticas del planeta - kursk y Anomalía magnética brasileña.

El origen del campo magnético de la Tierra sigue siendo un misterio para los científicos. Se supone que la fuente del campo es el núcleo de metal líquido de la Tierra. El núcleo se está moviendo, lo que significa que la aleación de hierro y níquel fundido se está moviendo, y el movimiento de las partículas cargadas es la corriente eléctrica que genera el campo magnético. El problema es que esta teoría geodinamo) no explica cómo se mantiene estable el campo.

La tierra es un enorme dipolo magnético. Los polos magnéticos no coinciden con los geográficos, aunque están muy próximos. Además, los polos magnéticos de la Tierra se están moviendo. Su desplazamiento se registra desde 1885. Por ejemplo, durante los últimos cien años, el polo magnético del hemisferio sur se ha desplazado casi 900 kilómetros y ahora se encuentra en el océano Antártico. El polo del hemisferio ártico se está moviendo a través del Océano Ártico hacia la anomalía magnética de Siberia Oriental, la velocidad de su movimiento (según datos de 2004) fue de unos 60 kilómetros por año. Ahora hay una aceleración del movimiento de los polos: en promedio, la velocidad crece 3 kilómetros por año.

¿Cuál es el significado del campo magnético de la Tierra para nosotros? En primer lugar, el campo magnético de la Tierra protege al planeta de los rayos cósmicos y del viento solar. Las partículas cargadas del espacio profundo no caen directamente al suelo, sino que son desviadas por un imán gigante y se mueven a lo largo de sus líneas de fuerza. Por lo tanto, todos los seres vivos están protegidos de la radiación dañina.

Durante la historia de la Tierra, ha habido varios inversiones(cambios) de polos magnéticos. Inversión de polos es cuando cambian de lugar. La última vez que este fenómeno ocurrió hace unos 800 mil años, y hubo más de 400 inversiones geomagnéticas en la historia de la Tierra.Algunos científicos creen que, dada la aceleración observada del movimiento de los polos magnéticos, la próxima inversión de polos debería ser esperado en los próximos dos mil años.

Afortunadamente, no se espera una inversión de polos en nuestro siglo. Por lo tanto, puede pensar en lo agradable y disfrutar de la vida en el buen campo constante de la Tierra, habiendo considerado las principales propiedades y características del campo magnético. ¡Y para que pueda hacer esto, están nuestros autores, a quienes puede confiar parte de los problemas educativos con confianza en el éxito! y otros tipos de trabajos que puedes encargar en el enlace.

Directorio de trabajos.
Tareas D13. Un campo magnético. Inducción electromagnética

Se pasó una corriente eléctrica a lo largo de un marco conductor de luz ubicado entre los polos de un imán de herradura, cuya dirección está indicada por flechas en la figura.

Solución.

El campo magnético estará dirigido desde el polo norte del imán hacia el sur (perpendicular al lado AB del marco). La fuerza de amperios actúa sobre los lados del marco con corriente, cuya dirección está determinada por la regla de la mano izquierda, y el valor es . Por lo tanto, fuerzas de igual magnitud pero de dirección opuesta actuarán sobre el lado AB del marco y el lado paralelo a él: en el lado izquierdo "desde nosotros" y en el lado derecho "sobre nosotros". Las fuerzas no actuarán en los otros lados, ya que la corriente en ellos fluye paralela a las líneas de fuerza del campo. Por lo tanto, el marco comenzará a girar en el sentido de las agujas del reloj cuando se vea desde arriba.

A medida que gira, la dirección de la fuerza cambiará y en el momento en que el marco gire 90°, el par cambiará de dirección, por lo que el marco no girará más. Durante algún tiempo, el marco oscilará en esta posición, y luego estará en la posición indicada en la Figura 4.

Respuesta: 4

Fuente: GIA en Física. ola principal Opción 1313.

Una corriente eléctrica fluye a través de la bobina, cuya dirección se muestra en la figura. Al mismo tiempo, en los extremos del núcleo de hierro de la bobina

1) se forman polos magnéticos: al final 1 - el polo norte; al final 2 - sur

2) se forman polos magnéticos: al final 1 - el polo sur; al final 2 - norte

3) las cargas eléctricas se acumulan: al final 1 - una carga negativa; extremo 2 - positivo

4) las cargas eléctricas se acumulan: al final 1 - una carga positiva; al final de 2 - negativo

Solución.

Cuando las partículas cargadas se mueven, siempre surge un campo magnético. Usemos la regla de la mano derecha para determinar la dirección del vector de inducción magnética: dirijamos nuestros dedos a lo largo de la línea actual, luego el pulgar doblado indicará la dirección del vector de inducción magnética. Así, las líneas de inducción magnética se dirigen del extremo 1 al extremo 2. Las líneas del campo magnético entran por el polo sur magnético y salen por el norte.

La respuesta correcta está numerada. 2.

Nota.

Dentro del imán (bobina), las líneas del campo magnético van desde el polo sur hacia el norte.

Respuesta: 2

Fuente: GIA en Física. ola principal Opción 1326., OGE-2019. ola principal Opción 54416

La figura muestra un patrón de líneas de campo magnético de dos imanes de barra, obtenidos con limaduras de hierro. ¿Qué polos de los imanes de barra, a juzgar por la ubicación de la aguja magnética, corresponden a las áreas 1 y 2?

1) 1 - el polo norte; 2 - sur

2) 1 - sur; 2 - polo norte

3) tanto 1 como 2 - al polo norte

4) tanto 1 como 2 - al polo sur

Solución.

Dado que las líneas magnéticas están cerradas, los polos no pueden ser el sur y el norte al mismo tiempo. La letra N (Norte) denota el polo norte, S (Sur) - el sur. El polo norte es atraído por el sur. Por lo tanto, el área 1 es el polo sur, el área 2 es el polo norte.