Электромагнетизм

·  13.  Сформулируйте первый и второй законы Фарадея.

·  14.  Объясните устройство сухих гальванических элементов.

·  15.  Как устроены кислотный и щелочной аккумуляторы?

·  16.  Что называется емкостью аккумулятора и от чего она зависит?

·  ГЛАВА III

·  ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

·  И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

· 

·  § 33. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

·  Уже в глубокой древности была известна руда, обладающая свойством притягивать к себе железо. Она представляет собой химическое соединение железа с кислородом и является естествен­ным природным магнитом.

·  В технике применяют не природные, а искусственные постоян­ные магниты. Искусственным постоянным магнитом называется намагниченный брусок из стали или из специальных сплавов.

·  Постоянные магниты могут иметь раз­личную форму: прямоугольную, ромбическую, цилиндрическую, подковообразную, кольцеобразную и т. д.

·  Каждый магнит имеет два полюса: се­верный и южный. Одноименные полюсы магнитов взаимно отталкиваются, а раз­ноименные притягиваются.

·  Вокруг любого магнита независимо от его размера и формы существует магнит­ное поле, которое представляет собой одну из форм материи. Под действием магнитного поля кусочек стали, помещен­ный вблизи магнита, притягивается к нему. По этой же причине происходит взаимодействие магнитов — их взаимное притяже­ние и отталкивание. Стрелка компаса устанавливается в опреде­ленном направлении также в результате воздействия сил магнит­ных полей, создаваемых земным магнетизмом и ее магнитными по­люсами.

·  Магнитное поле наглядно изображается с помощью магнитных линий (линий индукции), вдоль которых действуют притягивающие и отталкивающие силы. Принято считать, что магнитные линии направлены от северного полюса магнита к южному. В связи с этим при изображении магнитного поля магнитные линии обозначают стрелками (рис. 28).

· 

·  § 34. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

·  Магнитные и электрические явления тесно связаны между со­бой. В этом можно убедиться на опыте.

·  Поднесем магнитную стрелку, насаженную на острие, к прямому медному проводнику, не включенному в электрическую цепь. Стрел­ка, как обычно, установится так, что будет своими концами показы­вать направление на северный и южный полюсы земли.

·  Если теперь по этому проводнику пропустить электрический ток достаточной силы, то стрелка, поднесенная к нему, повернется и установится перпендикулярно оси проводника. При прекращении тока в проводнике стрелка возвратится в первоначальное положе­ние. Стрелка отклонится в противоположную сторону, если изме­нить направление тока в проводнике. Из этого опыта можно сделать следующий вывод: при прохождении электрического тока по про­воднику в окружающем пространстве возникает магнитное поле. При прекращении тока магнитное поле исчезает.

·  Магнитные линии — линии индукции, возникающие вокруг про­водника, по которому проходит ток, располагаются по окружно­стям, центром которых является ось проводника. Это легко дока­зать при помощи несложного опыта.

· 

·  Вставим в отверстие положенного горизонтально листа картона проводник и пропустим по нему электрический ток (рис. 29). Из пакета насыплем на картон стальные опилки. Слегка ударяя пальцем по листу картона, заметим, что опилки располагаются вокруг проводника в определенном порядке — по окружностям, соответствующим магнитным линиям.

·  При изображении магнитного поля, создаваемого вокруг провод­ника с током, в центре этого поля показывают не весь проводник, а только его сечение. Когда ток направлен от нас, в кружке, изобра­жающем сечение проводника, ставят знак «х»; если же ток течет к нам, в кружке ставят точку (•).

·  Направление магнитных линий определяется по правилу бурав­чика, которое формулируется так: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то на­правление магнитных линий совпадает с направлением вращатель­ного движения рукоятки буравчика.

·  Магнитное поле возникает не только вокруг прямолинейного проводника, по которому проходит ток, но и вокруг проводника, согнутого в кольцо. В этом случае у кольцевого проводника можно различить, как у постоянного магнита, два полюса — северный и южный. Данное свойство магнитного поля кольцевого проводника используется в электромагнитах (см. § 42).

·  § 35. ПОНЯТИЕ О ПРИРОДЕ МАГНЕТИЗМА

·  Открытие Эрстедом в начале XIX в. магнитного поля электри­ческого тока позволило сделать предположение, что природа маг­нетизма связана с электрическим током, образующимся внутри мо­лекул. В наше время установлено, что магнитное поле в намагни­ченных телах возбуждается в основном электронами, которые вращаются вокруг собственной оси и вокруг ядра атома.

·  Как известно, движение электронов представляет собой электри­ческий ток, а прохождение тока сопровождается возникновением магнитного поля. Следовательно, электроны при своем движении внутри атомов создают внутриатомные токи, возбуждающие маг­нитные поля.

·  Чем же объяснить то, что в одних материалах магнитное поле имеет существенную величину и они намагничиваются, в то время как в других магнитного поля нет и они не намагничиваются. Про­исходит это потому, что оси и орбиты вращения отдельных электро­нов в атомах могут находиться в различных положениях друг отно­сительно друга, а следовательно, в таких же положениях находятся и создаваемые движущимися  электронами  магнитные  поля.

·  Таким путем среда, в которой возбуждается магнитное поле, воздействует на него, усиливая или ослабляя это поле.

·  Материалы, магнитное поле которых ослабляет результирующее поле, называются диамагнитными, а материалы, весьма слабо уси­ливающие магнитное поле,— парамагнитными.

·  Исключение составляет особая группа парамагнитных материалов, в которых значительно усиливается магнитное поле. Это железо, никель, кобальт и гадолиний (и их сплавы). Такие материалы 1 называются ферромагнитными. Они широко используются в элек­трических машинах и аппаратах для усиления магнитных полей и придания им нужной формы.

·  § 36. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

· 

·  Опыт  показывает,  что  на  проводник  с  током,  находящийся в магнитном  поле (рис. 30,а),  воздействует  механическая  сила,  стремящаяся  сместить  его.  Возникновение  этой  силы  можно пояснить  так.  Если  по  проводнику  течет  электрический  ток в направлении, указанном на рис. 30,6, то направления магнитных

· 

·  линий магнита и поля, создаваемого током  слева от проводника, совпадают, усиливая общее магнитное поле. В то же время справа магнитные линии обоих магнитных полей взаимно вычитаются, ослабляя общее магнитное поле.

·  Магнитные линии общего поля, как бы стремясь укоротиться (рис. 30, в), создают усилие F, действующее на проводник в на­правлении, указанном стрелкой. Сила, действующая на проводник с током, будет возрастать по мере увеличения активной длины про­водника и тока, протекающего в нем. Эта сила также увеличивается, если слабый магнит, создающий магнитное поле малой интен­сивности, заменить сильным.

· 
Из сказанного следует, что сила, с которой магнитное поле дей­ствует на проводник с током, пропорциональна силе тока, активной длине проводника l и интенсивности магнитного поля — магнитной индукции

·  где F — сила, н,

·  I – сила тока, а,

·  L –длина проводника, м

·  В – магнитная индукция, тесла (тл); 1 тс=1 вб/м2

·  Формула  (30)  верна лишь при перпендикулярном расположе­нии проводника с током к магнитным линиям равномерного магнит­ного поля. Если проводник находится в магнитном поле под каким-либо углом а по отношению к магнитным линиям, то сила

· 

·  где а — угол между проводником и направлением магнитных линий. Направление силы, действующей на проводник с током, поме­щенный в магнитное поле, определяют посредством правила левой руки (рис. 31): если левую руку располо­жить в магнитном поле так, чтобы маг­нитные линии входили в ладонь, и напра­вить вытянутые четыре пальца по направ­лению тока, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.