Тема урока «Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки. »
Вступительное слово учителя:сегодня на уроке мы продолжаем изучение главы: «Электромагнитное поле » и на практике нам приходится наблюдать следующую картину.
Мы знаем, что магнитное поле возникает вокруг проводника с током, то есть вокруг движущихся электрических зарядов. Но почему происходят такие взаимодействия? З значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.
Но как мы можем обнаружить магнитное поле? Оно не действует на наши органы чувств – не имеет запаха, цвета, вкуса.
Из курса физики 8 класса вы знаете, что на всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой, наличие такой силы можно посмотреть с помощью такого опыта: проводник подвешен на гибких проводах, который через ключ присоединен к источнику тока. Проводник помещен между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и проводник приходит в движение. Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник с током двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.
Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.
Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нем магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.
Вывод 1: Таким образом, магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.
Историческая справка.
Первый подобный эксперимент по исследованию взаимодействия токов был проведен французским ученым Ампером в 1820 году.
В 1820 г. Г.-Х. Эрстед обнаружил, что магнитное поле порождается электрическим током. Мы наблюдаем силовое действие магнитного поля на электрический ток. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой
Ампера.
Когда было проведено большое количество аналогичных экспериментов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки.
Определение: левую руку нужно расположить таким образом, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока – тогда отогнутый большой палец укажет направление действия магнитного поля.
Рис.№2 Правило левой руки
За направление тока во внешней части электрической цепи (т.е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Пользуясь правилом левой руки это следует помнить.
Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создается движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырех пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.
С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятую движущуюся в нем частицу, как положительно, так и отрицательно заряженную. Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы.
Пользуясь правилом левой руки, можно определить не только направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током или движущуюся заряженную частицу. По этому правилу мы можем определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы).
Обратите внимание на рисунок, на котором приведены различные случаи использования правила левой руки, и проанализируйте каждый случай самостоятельно.
Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки
(Слайд№9)
Сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линиями магнитного поля или параллельны им.
А знаете ли вы, что…
- Сильное магнитное поле влияет на рост кристаллов: например, монокристаллы меди, сформировавшиеся в сильных магнитных полях, обладают более совершенной кристаллической решеткой.
- На рамку действует пара сил, в результате чего она поворачивается.
- Свойство рамки с током вращаться в магнитном поле используется в электроизмерительных приборах.
- Наши отечественные ученые внесли большой вклад в развитие электротехники среди них Борис Семенович Якоби.
- Сильное магнитное поле используется и для лечения такого распространенного и опасного заболевания, как нарушение ритма сердечных сокращений (аритмия). Сердце – орган, непрерывно совершающий ритмичные сокращения, период которых определяется слабыми электрическими сигналами, посылаемыми головным мозгом. При заболеваниях сердца ритм сокращений нарушается. В особо тяжелых случаях используют дефибрилляторы – приборы, генерирующие импульсы высокого напряжения, причем электроды накладываются непосредственно на область сердца, в результате чего нередко получается ожог. При использовании пульсирующего магнитного поля, вызывающего индукционные токи в нервных клетках, эта опасность исключается.
- мы не можем, правда, с уверенностью утверждать, что в животном мире нет существ, чувствующих магнитное поле. В США и Канаде для отгона миног с места скопления мальков на реках, впадающих в Великие озера, установлены электромагнитные барьеры. Ученые объясняют способность рыб ориентироваться в просторах океана их реакцией на магнитные поля…
Магнитный страж прилавка
Чтобы как-то защититься от краж, владельцы магазинов прикрепляют к товару особые бирки, которые отрываются на контрольном пункте после того, как уплачены деньги. Бирки – крошечные антенны – при попытке вынести покупку из магазина без оплаты включают на выходе сигнал тревоги за счет резонансного усиления радиосигнала, поступающего от небольших радиопередатчиков, установленных на выходе. Однако этот способ оказался не совсем надежен: вор может, за экранировав бирку кусочком фольги или собственным телом, обмануть сигнальное устройство.
Чтобы этого не случалось, фирма «Чекмейт системс» разработала новую систему. Контрольная бирка изготавливается теперь из магнитного материала, а на выходе магазина стоят высокочувствительные магнитометры.
Система отрегулирована так, что она не реагирует на металлические предметы малого размера: ключи, часы, пряжки и ювелирные изделия, но отчаянно трезвонит, когда замечает контрольную бирку.