Электромагнитные явления
Электромагнитные явления

Электромагнит. Действие поля на проводник с током

Пёрышкин «Физика 8», §59, §62
1

Катушка с током — это магнит

Свернём провод в катушку — поля отдельных витков складываются, и катушка ведёт себя как полосовой магнит: у неё есть N и S.
B=μ0 μ N ILB = \dfrac{\mu_0\,\mu\,N\,I}{L}NN — число витков, II — сила тока, LL — длина катушки, μ\mu — во сколько раз сердечник усиливает поле
Три ручки управления электромагнитом4

Увеличить силу тока — поле растёт пропорционально.

Увеличить число витков — поле растёт пропорционально.

Вставить железный сердечник — поле вырастает в десятки раз. Железо намагничивается само и добавляет своё поле к полю катушки.

Главное преимущество электромагнита перед постоянным магнитом: его можно выключить. На этом работают подъёмные краны, реле, электрические звонки и телефонные наушники.

⚗
Опыт в Физлабе
Электромагнит
Убери сердечник, оставив ток и витки прежними, — все скрепки отвалятся. Это и есть ответ, зачем в электромагните железо.
Открыть опыт
2

Магнитное поле действует на проводник с током

Помести проводник с током в магнитное поле — на него подействует сила. Она тем больше, чем больше индукция поля, сила тока и длина проводника.
×××××××××××××××××××××Bв чертёжIFЛевая рука:B входит в ладонь,4 пальца — по току,большой — сила F
Правило левой руки — как им пользоваться4

Расположи левую руку так, чтобы линии поля входили в ладонь.

Четыре вытянутых пальца направь по току.

Отставленный большой палец покажет направление силы.

Сила перпендикулярна и полю, и току одновременно. Если ток идёт вдоль линий поля, силы нет вообще.

⚗
Опыт в Физлабе
Сила Ампера на стержне
Смени знак тока или переключи направление поля — стержень поедет в другую сторону. Смени и то и другое сразу — поедет как раньше.
Открыть опыт
3

Электродвигатель

Рамку с током в магнитном поле разворачивает: на противоположные стороны силы действуют в разные стороны и создают вращающий момент. Так работает любой электродвигатель.
Зачем в двигателе коллектор3

Провернувшись на пол-оборота, рамка встала бы и качалась около этого положения: силы теперь тормозят её.

Чтобы вращение продолжалось, ток в рамке надо переключать каждые пол-оборота. Это делает коллектор — разрезное кольцо со щётками.

Преимущества электродвигателя перед тепловым: КПД до 98 % против 20–40 %, нет выхлопа, размеры от миллиметров до метров.

Разобранные примеры
Как усилить магнитное поле катушки с током?разбор
  1. Увеличить силу тока или число витков.
  2. Вставить внутрь железный сердечник — он усиливает поле в сотни раз.
  3. Это и есть электромагнит; его поле можно включать и выключать.
Ответ: ток, число витков, железный сердечник
Что произойдёт с проводником с током, помещённым в магнитное поле?разбор
  1. На него подействует сила со стороны поля.
  2. Направление даёт правило левой руки: линии входят в ладонь, четыре пальца по току, большой палец — сила.
  3. Если проводник расположен ВДОЛЬ линий поля, сила равна нулю.
Ответ: на него действует сила
Магнитное поле постоянного…Электромагнитная индукция.…