Теоретичний матеріал для вивчення теми "Магнітне поле, 9 клас", частина 3

1. Автор:
Бузько В.Л.
Сила Ампера

2. Дія магнітного поля на провідник зі струмом.
Електричні двигуни
Взаємодія струмів викликається їх магнітними полями: магнітне поле
одного струму діє силою Ампера на інший струм і навпаки.
Сила Ампера – це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.
Напрямок сили Ампера визначається за правилом лівої руки.

3. Дія магнітного поля на провідник зі
струмом
Експериментально встановлено, що сила
Ампера пропорційна силі струму в
провіднику та довжині тій частині
провідника, що перебуває в магнітному полі
(активній частині провідника).
Сила Ампера збільшується з посиленням
магнітного поля і залежить від
розташування провідника відносно ліній
магнітного поля.
Сила Ампера є максимальною, якщо
провідник розташований перпендикулярно
до магнітних ліній, і дорівнює нулю, якщо
провідник розташований паралельно
магнітним лініям.

4. Електричні двигуни. Гучномовець.
Електровимірювальні прилади
Практичне застосування сили Ампера — електродвигуни,
найпростіший з яких — це рамка зі струмом в магнітному полі, що
обертається навколо осі.
Гучномовець. Дія магнітного поля на провідник зі струмом
використовується у будові гучномовців (приладів для
збудження звукових хвиль під дією змінного електричного
струму, що змінюється зі звуковою частотою). В
електродинамічному гучномовці (динаміці) використовується
дія магнітного поля постійного магніту на змінний струм у
рухомій котушці.
Першокласні гучномовці відтворюють без значних спотворень звукові
коливання в діапазоні 40 – 15000Гц. Але такі пристрої дуже складні. Тому
частіше застосовують системи з декількох гучномовців, кожний із яких
відтворює звук у певному невеликому інтервалі частот.

5. Електровимірювальні прилади
Орієнтуючу дію магнітного поля на контур зі струмом використовують в
електровимірювальних приладах магнітоелектричної системи – амперметрах
і вольтметрах.
Принцип дії приладів електромагнітної системи заснований на ефекті
втягування залізного сердечника в котушку зі струмом. Такий прилад
складається з нерухомої котушки зі струмом, залізної пластинки, що
обертається на осі, на якій укріплена пружина, що утримує пластинку, й
стрілки.
Під час проходження по котушці електричного струму залізна пластинка
втягується в котушку, повертається на своїй осі й обертає стрілку.
Електромагнітні прилади менш точні, ніж магнітоелектричні, проте простіші за
конструкцією й придатні для вимірювання як постійного, так і змінного струму.
Принцип дії приладів електродинамічної системи – це взаємодія провідників зі
струмом. Такий прилад складається з двох котушок у вигляді рамок,
підвішених на загальній осі, одна – нерухомо, інша – на підшипниках. Обидві
рамки зв'язані двома пружинами, по яких до рамок підводиться струм. Під час
проходження струму рухома рамка повертається на осі тим сильніше, чим
більшою є сила струму, й прикріплена до осі стрілка дає показання на
нерухомій шкалі.

6. Електровимірювальні прилади
Електромагнітні прилади – магнітне поле нерухомої котушки зі струмом 1
взаємодіє з рухомою металічною пластинкою 2, намагніченою цим полем.
Магнітоелектричні прилади – взаємодія котушки зі струмом 3 і зовнішнього
магнітного поля постійного магніту 1.
Магнітоелектричні прилади Електромагнітні прилади

7. Електромагнітна індукція. Досліди
Фарадея. Гіпотеза Ампера
 Виявлена Ерстедом 1820 року дія електричного струму на
магнітну стрілку показала, що електричні та магнітні явища, які
вважалися до цього ізольованими, взаємозалежні. Однак дослід
Ерстеда показав тільки один бік цього зв'язку – породження
магнітного поля електричним струмом. Англійський фізик Майкл
Фарадей, довідавшись про досліди Ерстеда, узявся до пошуків
зв'язку магнітних явищ із електричними. Пошуки Фарадея
тривали від 1821 до 1831р. Він виявив неабияку винахідливість,
наполегливість і завзятість, поки, нарешті, не одержав
електричний струм за допомогою магнітного поля.
 Час показав, яке велике значення мало відкриття Фарадея.
Повторюючи слова Гельмгольца, можна з повним правом
сказати: „Поки люди будуть користуватися благами електрики,
вони будуть пам'ятати ім'я Фарадея”.

8. Магнітні властивості речовини
Гіпотеза Ампера: магнітні властивості будь-якого тіла визначаються
замкнутими електричними струмами всередині нього.
Елементарні струми (за Ампером) у речовині циркулюють тому, що в
кожному атомі обертаються навколо ядра електрони (з величезною
частотою порядку 1015 об/с); саме вони й утворюють так звані орбітальні
струми й пов'язані з ними магнітні поля. Крім того, електрони мають ще й
власне магнітне поле. Наочною моделлю стану частинки, за якого вона
має власне магнітне поле, може бути дзиґа, яка обертається.
Обидва ці магнітні поля, додаючись, створюють результуюче магнітне
поле атома. Природно припустити існування двох типів атомів:
які мають елементарне магнітне поле незалежно від існування
зовнішнього магнітного поля;
у яких це елементарне поле відсутнє, тобто орбітальні й власні поля
компенсуються.
Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у
магнітному полі поводяться однаково. Стрілку можна розглядати як
сукупність маленьких контурів зі струмом, орієнтованих однаково.

9. Феромагнетики звичайно виділяють в окремий клас речовин із ряду причин:
 їхня магнітна проникність μ>>1;
 μ складним чином залежить від магнітної індукції поля, яке намагнічує;
 феромагнітні властивості виявляються не в окремих атомах, а в кристалах у
цілому;
 за деякої певної для даного феромагнетику температури феромагнітні
властивості його зникають.
Феромагнетиками є дев'ять хімічних елементів (Ферум, Кобальт, Ніколь та ін.),
деякі сплави й хімічні сполуки.
Магнітна проникність феромагнетиків є непостійною. Вона залежить від вектора
магнітної індукції. У разі виключення зовнішнього магнітного поля феромагнетик
залишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому
просторі.
Впорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає у разі виключення
зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому існують постійні магніти.
Звертаю увагу учнів на те, що самі атоми феромагнітної речовини, будучи
ізольованими один від одного, не проявляють ніяких феромагнітних властивостей.
Феромагнітні властивості – властивості речовини, а не окремих ізольованих
атомів.
Отже, для виникнення феромагнетизму в речовині є необхідною особлива
кристалічна структура феромагнітних тіл.

10. За температури, що є більшою за деяку визначену для
даного феромагнетику, феромагнітні властивості його
зникають. Цю температуру називають температурою
Кюрі. Наприклад, температура Кюрі для Феруму
становить 753°С, для Нікілю - 365°С, для Кобальту -
1000°С.
Легкі удари по торцю сталевого стрижня,
розташованого вздовж лінія індукції магнітного поля
Землі, полегшують намагнічення стрижня. Сильні удари
по постійному магніту можуть привести до його
розмагнічування.

11. Застосування магнітних матеріалів
постійні магніти;
ферити;
порошкові магніти;
магнітні підсилювачі;
магнітний звукозапис;
магнітна дефектоскопія;
магнітні сепаратори.