mozok.click » Podręczniki w języku polskim » Fizyka » Indukcja pola magnetycznego. Unie indukcji magnetycznej. Magnetyczne pole Ziemi
Інформація про новину
  • Переглядів: 2733
  • Автор: admin
  • Дата: 29-03-2018, 02:36
29-03-2018, 02:36

Indukcja pola magnetycznego. Unie indukcji magnetycznej. Magnetyczne pole Ziemi

Категорія: Podręczniki w języku polskim » Fizyka

Nie możemy zobaczyć pole magnetyczne, jednak należy nauczyć się jego przedstawiać. W tym celu będą nam służyć igły magnetyczne. Każda taka igła jest trwałym magnesem, który może lekko obracać się w poziomej płaszczyźnie (rys. 2.1). O tym, jak przedstawia się pole magnetyczne, jaka wielkość go charakteryzuje, dowiesz się z tego paragrafu.

Badamy siłową charakterystykę pola magnetycznego

Pole magnetyczne działa na poruszającą się w nim cząstkę z określoną siłą. Wartość siły zależy od ładunku cząstki, kierunku ruchu, prędkości z którą porusza się cząstka, oraz od tego, jak silne jest pole.

Siłowa charakterystyką pola magnetycznego jest indukcja magnetyczna.

Indukcja magnetyczna (indukcja pola magnetycznego) - wektorowa wielkość fizyczna, która charakteryzuje siłowe działanie pola magnetycznego.

Indukcja magnetyczna poznaczą się symbolem β. Jednostką indukcji magnetycznej w Układzie SI - jest tesla*; nazwana ku czci serbskiego fizyka Nikoli Tesli (1856—1943):



Kierunek wektora indukcji magnetycznej

zgadza się z kierunkiem, na który wskazuje północny biegun igły magnetycznej, ustawionej w danym punkcie pola magnetycznego (rys. 2.2).

Zwróć uwagę! Kierunek siły, z którą pole działa na poruszające się cząstki naładowane lub na przewodnik z prądem, lub na igłę magnetyczną, nie jest zgodny z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej.

* O zapisie 1 T przez inne jednostki Układu SI, o wzorze, według którego można obliczać moduł indukcji magnetycznej, o kierunku siły, z którą pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem, dowiesz się w paragrafie 4.

W jaki sposób przedstawia się pole magnetyczne

Na rys. 2.2 widać, że igły magnetyczne w polu magnetycznym ustawiają się chaotycznie: ich osie tworzą

Linie magnetyczne:

• poza magnesem wychodzą z bieguna północnego magnesu i wchodzą w południowy;

• są zawsze zamknięte (pole magnetyczne jest polem wirowym);

• pole jest najbardziej silne w otoczeniu biegunów magnesów;

• nigdy nie przecinają się.

Rys. 2.3. Linie pola magnetycznego magnesu sztabkowego

linie, a wektor indukcji magnetycznej w każdym punkcie jest skierowany wzdłuż stycznej ku linii, przechodzącej przez dany punkt.

Umowne linie, styczne do których w każdym punkcie są zbieżne z linią, wzdłuż której jest skierowany wektor indukcji magnetycznej, nazywamy liniami indukcji magnetycznej lub liniami magnetycznymi.

Za pomocą linii magnetycznych przedstawia się pole magnetyczne:

1) kierunek wektora· indukcji magnetycznej jest kierunkiem linii indukcji magnetycznej w danym punkcie pola]

2) linie indukcji magnetycznej są gęstsze w tych obszarach pola, gdzie moduł indukcji magnetycznej jest większy.

Patrząc na rysunek linii pola magnetycznego magnesu sztabkowego (patrz rys. 2.3), można wyciągnąć kilka wniosków. Podkreślamy, że wnioski sprawdzają się dla linii magnetycznych dowolnego magnesu.

Jaki jest kierunek linii magnetycznych w środku magnesu sztabkowego?

Zbadać linii pola magnetycznego można za pomocą żelaznych wiórek. W tym celu umieszczamy na magnes podkowiasty płytkę ze szkła organicznego i nasypujemy na płytkę wiórki żelazne. W polu magnetycznym każdy kawałeczek żelaza namagnesowuje się i staje się maleńką igiełką magnetyczną. Igiełki te ustawiają się wzdłuż linii magnetycznych pola magnetycznego magnesu (rys. 2.4).

Narysuj w zeszycie linie magnetyczne pola magnetycznego magnesu podkowiastego. Pamiętaj o tym, że linie magnetyczne są zawsze zamknięte.

Badamy jednorodne pole magnetyczne W określonej części przestrzeni pole magnetyczne nazywamy jednorodnym, jeżeli w każdym jego punkcie wektory indukcji magnetycznej są jednakowe co do wartości i kierunku (rys. 2.5).

W tych obszarach pola, gdzie jest ono jednorodne, linie indukcji magnetycznej są równoległe i znajdują się na jednakowej odległości jedna od drugiej (rys. 2.5, 2.6). Fizycy umówili się zaznaczać linie pola magnetycznego, skierowane do nas, punktami (rys. 2.7, a) - widzimy jakby ostrze „strzały”, lecącej na nas.

Jeżeli linie magnetyczne skierowane od nas, zaznaczamy ich krzyżykiem - jakby widzimy pióra strzały lecącej od nas (rys. 2.7, b).

W większości wypadków badamy niejednorodne pole magnetyczne, - pole, w różnych punktach którego wektory indukcji magnetycznej mają różne wartości i kierunki. Linie magnetyczne takiego pola nie są równe, gęstość ich jest różna.

Badamy pole magnetyczne Ziemi

Pierwsze doświadczenia badań magnetycznych Ziemi przeprowadził W. Gilbert. Z magnesu trwałego sporządził on kulę (model Ziemi). Umieszczając na kuli kompas, Gilbert zauważył, że igła kompasu zachowuje się podobnie, jak na powierzchni Ziemi.

Przeprowadzone doświadczenie pozwoliło uczonemu przypuścić, że Ziemia - to ogromny magnes i, że na północy naszej planety znajduje się jej południowy biegun magnetyczny. Następne badania całkowicie potwierdziły przypuszczenia Gilberta.

Na rys. 2.8 przedstawiono rysunek linii indukcji magnetycznej pola magnetycznego Ziemi.

Wyobraź sobie, że podróżujesz na biegun Północny, poruszając się dokładnie w tym kierunku, który wskazuje igła kompasu. Czy

znajdziesz się w zaznaczonym miejscu?

Linie indukcji magnetycznej pola magnetycznego Ziemi nie są równoległe do jej powierzchni. Gdy ustawić igłę magnetyczną tak, aby mogła ona swobodnie obracać się wokół powierzchni poziomej i pionowej, to ustawi się ona pod określonym kątem do powierzchni Ziemi.

Jak, waszym zdaniem, będzie rozmieszczona igła magnetyczna w urządzeniu, przedstawionym na rys. 2.9, obok północnego magnetycznego bieguna Ziemi? obok południowego magnetycznego bieguna Ziemi?

Pole magnetyczne Ziemi od dawna pomagało orientować się wędrowcom, marynarzom, wojskowym i nie tylko im. Udowodniono, że ryby, morskie ssaki i ptaki podczas swoich migracji orientują się według magnetycznego pola Ziemi. Tak samo orientują się, szukając drogę do domu i niektóre zwierzęta, na przykład koty.


Dowiadujemy się o burzach magnetycznych

Dokładne badania potwierdziły to, że pole magnetyczne Ziemi nie jest stałe, a zmienia się okresowo. Oprócz tego, obserwujemy niewielkie coroczne zmiany pola magnetycznego Ziemi. Jednak, czasami te zmiany są poważne. Silne zaburzenia pola magnetycznego Ziemi otaczającego planetę, trwające od jednego do kilku dni, nazywamy burzami magnetycznymi. Ludzie zdrowi nie odczuwają burz magnetycznych, jednak u ludzi z problemami chorób serca i układu nerwowego powodują one źle samopoczucie.

Pole magnetyczne Ziemi chroni naszą planetę od cząstek naładowanych, które lecą do nas z kosmosu, najbardziej ze Słońca („wiatr słoneczny”). W pobliżu biegunów magnetycznych strumienie cząstek podlatują dość blisko, wkraczając w atmosferę Ziemi. Podczas wzrastania aktywności słonecznej cząstki kosmiczne docierają do górnych warst atmosfery i jonizują cząsteczki gazu - wtedy na Ziemi obserwujemy zorze polarne (rys. 2.10).

Podsumowanie

Indukcja magnetyczna β - wektorowa wielkość fizyczna, charakteryzująca siłowe działanie pola magnetycznego. Kierunek wektora indukcji magnetycznej jest zgodny z kierunkiem, który wskazuje północny biegun igły magnetycznej. Jednostką indukcji magnetycznej w Układzie SI jest tesla (T).

Umowne skierowane linie, styczne do których są zgodne z linią, wzdłuż której jest skierowany wektor indukcji magnetycznej, nazywamy liniami indukcji magnetycznej lub liniami magnetycznymi.

Linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte, poza magnesem wychodzą z bieguna północnego i wchodzą w biegun południowy, są gęstsze w tych obszarach pola magnetycznego, w których wartość indukcji magnetycznej jest większa.

Planeta Ziemia ma pole magnetyczne. W pobliżu północnego geograficznego bieguna Ziemi znajduje się jej południowy biegun magnetyczny, w pobliżu południowego geograficznego bieguna — północny biegun magnetyczny.

Pytania kontrolne

1. Podaj definicję indukcji magnetycznej. 2. Jak jest skierowany wektor indukcji magnetycznej? 3. W jakich jednostkach mierzy się indukcję magnetyczną w SI? Ku czci kogo została tak nazwana? 4. Podaj określenie linii indukcji magnetycznej. 5. Jaki kierunek jest uważany za kierunek linii magnetycznych? 6. Od czego zależy gęstość linii magnetycznych? 7. Jakie pole magnetyczne nazywamy jednorodnym? 8. Udowodnij, że Ziemia ma pole magnetyczne. 9. Jak rozmieszczone są bieguny magnetyczne Ziemi względem biegunów geograficznych? 10. Czym wyjaśnia się powstanie burz magnetycznych? Jaki jest ich wpływ na samopoczucie człowieka?


 

Ćwiczenie nr 2

1. Na rys. 1 przedstawione są linie indukcji magnetycznej w określonym obszarze pola magnetycznego. Określ dla każdego wypadku a-c:

1) jest to pole jednorodne czy niejednorodne;

2) kierunek wektora indukcji magnetycznej w punktach A i B pola;

3) w jakim punkcie A czy B — indukcja magnetyczna jest większa.

2. Dlaczego okienne kraty stalowe mogą z czasem namagnesować się?

3. Na rys. 3 narysowane są linie pola magnetycznego, wytworzonego przez dwa jednakowe magnesy trwałe, obrócone ku sobie równoimiennymi biegunami.

1) Czy istnieje pole magnetyczne w punkcie A?

2) Jaki kierunek ma wektor indukcji magnetycznej w punkcie ΒΊ w punkcie C?

3) W jakim punkcie - A czy C - indukcja magnetyczna pola jest największa?

4) Jaki kierunek mają wektory indukcji magnetycznej w środku magnesów?

Wcześniej podczas ekspedycji na biegun Północny wynikały problemy, powiązane z określeniem kierunku ruchu przez to, że w pobliżu bieguna zwykłe kompasy prawie nie pracowały. Jak uważasz, dlaczego?

5. Za pomocą dodatkowych źródeł informacji dowiedz się, jakie znaczenie ma pole magnetyczne dla życia na naszej planecie. Co byłoby, gdyby pole gwałtownie zniknęło?

6. Na powierzchni ziemi są obszary, gdzie indukcja pola magnetycznego Ziemi jest o wiele większa, niżeli w innych miejscach. Za pomocą dodatkowych źródeł informacji dowiedz się więcej o magnetycznych anomaliach.

7. Wyjaśnij, dlaczego dowolne nienaładowane ciało zawsze przyciąga się do ciała naładowanego.

 

Źródło: Fizyka podręcznik dla klasy 9 Barjachtar

 






^