Преподаватель: Кузьменко Т.И.
Задание: Письменные ответы на контрольные вопросы лекции прислать по адресу: kitdistergo@meil.ua (Дисциплина, Тема лекции группа, фамилия, имя студента. Например: ОП.02 Электротехника и электроника. Магниты. Магнитное поле и его свойства. ТЭЭО-19, Апенин А).
Сроки выполнения: до 20.10.2020г
Задания для дистанционного обучения будут выдаваться в день проведения занятия, согласно расписания и подмен по адресу:https://3320.nubex.ru/
Лекция
Тема: Магниты. Магнитное поле и его свойства. Магнитное поле электрического тока. Правило «буравчика».
Цель: изучить основные понятия магнетизма, выяснить связь электрического тока с магнитными явлениями, действие магнитного поля.
Мотивация: Знание характеристик магнитного поля и правила «буравчика» необходимо при расчете магнитных цепей, а также для создания высокой компетенции будущего специалиста.
План
1. Определение магнитного поля.
2. Качественные характеристики магнитного поля.
3. Правило буравчика.
Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа.
Уже в глубокой древности была известна руда, обладающая свойством притягивать к себе железо (
. Она является естественным природным
магнитом. В технике применяются не природные, а искусственные постоянные магниты и электромагниты (катушка с сердечником).
В 1825 г. английский инженер Вильям Стерджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.
Вокруг любого магнита независимо от его размера существует магнитное поле.
Вопросы к студентам:
1.Что собой представляет магнитное поле?
2. Как изображается магнитное поле?
3.Что принимается за положительное направление магнитного поля?
4. Почему магнитное поле и электрический ток являются взаимосвязанными явлениями?
Магнитное поле - особая форма материи, которая проявляет себя через механическое взаимодействие электрических токов и через возникновение ЭДС в проводниках, движущихся в этом поле.
Рис1. Магнитное поле постоянного магнита
Изображается силовыми линиями (рис.1), касательные которых совпадают с ориентацией магнитных стрелок, внесенных в поле.
За положительное направление магнитного поля условно принимают направление северного полюса магнитной стрелки.
Вокруг проводника, в котором существует ток всегда возникает магнитное поле, и наоборот, в замкнутом проводнике, движущемся в магнитном поле, всегда возникает электрический ток.
Качественные характеристики магнитного поля
1.Напряженность Н – характеризует интенсивность магнитного поля
вакуума: 
, 
,
где 
- магнитная сила, 
- длина магнитной линии.
Направление вектора напряженности определяется касательной, проведенной в данной точке магнитного поля к силовой линии (см. рис.2).
2.Индукция магнитного поля В – характеризует интенсивность магнитного поля в среде и является векторной величиной совпадающей по направлению с вектором напряженности для изотропных сред, т.е. таких сред, которые не зависят от выбранного направления. Среда влияет на поле, ослабляя его или усиливая.
Рис.2. Направление вектора напряженности магнитного поля
|
, [Т] – Тесла,
(Гаусс)
3.Абсолютная магнитная проницаемость 
- это коэффициент, отражающий магнитные свойства среды, и позволяет установить количественную связь между индукцией 
и напряженностью 
.
,
где 
- магнитная постоянная, характеризует
магнитные свойства вакуума;
- относительная магнитная проницаемость среды (безразмерная величина), показывает во сколько раз индукция поля, созданная током в данной среде, больше или меньше, чем в вакууме.
Диамагнитные материалы 
Парамагнитные материалы 
Ферромагнитные материалы 
и зависит
от вида материала, температуры, индукции и
напряженности магнитного поля.
4.Магнитный поток Ф - через площадку S в однородном магнитном поле равен произведению нормальной составляющей вектора 
на величину S площадки (рис.3).
или 
[Вб],
где 
- угол между и B
Рис.3. Графическое изображение магнитного потока Ф - через площадку S
|
5.Магнитное напряжение (производная характеристика) –
, [A],
где - длина магнитной линии;
Н - напряженность магнитиного поля.
Правило Буравчика
Направление магнитных силових линий определяется правилом
буравчика:
Для провода с током:
Если поступательное движение буравчика совместить с направлением тока в проводе, то направление рукоятки буравчика укажет направление магнитных линий (рис.4).
|
Рис.4. Правило буравчика для провода с током
Для витка или катушки:
Если совместить направление вращения рукоятки буравчика с направленим тока в витке или катушке, то поступательное движение буравчика укажет направление магнитных силових линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром тока (рис.5).
а). Для кольцевого тока. б)Для катушки с током
Рис.5. Правило буравчика
Т.е. направление магнитного поля зависит от направления тока.
Магнитное поле называется однородным, если во всех точках поле имеет одинаковое направление и одинаковую интенсивность.
Контрольные вопросы
1. Какое поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов?
2. Какой величиной является магнитный поток векторной или
скалярной?
3. Охарактеризовать количественные и производные характеристики
магнитного поля.
4.Расскажите правило буравчика для проводника с током, для
кольцевого тока, для катушки с током.
Критерии оценивания ответов на контрольные вопросы
Оценка «5» ставится, если обучающийся: умеет составить полный и правильный ответ на основе изученного материала на все вопросы.
Оценка «4» ставится, если обучающийся: дает полный и правильный ответ на 3 вопроса, или допускает незначительные ошибки и недочеты при воспроизведении изученного материала, небольшие неточности при ответах.
Оценка «3» ставится, если обучающийся: дает полный и правильный ответ на 2 вопроса; излагает материал не систематизировано, фрагментарно, не всегда последовательно, допускает ошибки при их формулировке.
Оценка «2» ставится, если обучающийся: не раскрывает основное содержание материала; не знает или не понимает значительную часть программного материала в пределах поставленных вопросов.
Список литературы
1.Петленко Б.И., Иньков Ю.М., Крашенинников А.В. и др. Электротехника и электроника: учебник для студ. средн. проф. образования. 4-е издание. –М., Издательский центр «Академия», 2008.-320с., стр.22-23.
2.Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. - М. Энергия, 1976, - 568 с., стр.69-78.