La figure montre les lignes magnétiques du champ magnétique. Présentation - test de physique « Champ électromagnétique. Liste de littérature supplémentaire

Le sujet de cette leçon sera le champ magnétique et sa représentation graphique. Nous discuterons du champ magnétique non uniforme et uniforme. Tout d'abord, définissons le champ magnétique, disons à quoi il est associé et quelles propriétés il possède. Apprenons à le représenter sur des graphiques. Nous apprendrons également comment est déterminé un champ magnétique non uniforme et homogène.

Aujourd’hui, nous allons tout d’abord répéter ce qu’est un champ magnétique. Champ magnétique - champ de force qui se forme autour d'un conducteur à travers lequel s'écoule courant électrique. Il est associé aux frais de déménagement.

Il faut maintenant noter propriétés du champ magnétique. Vous savez que cette charge est associée à plusieurs champs. En particulier, champ électrique. Mais nous discuterons précisément du champ magnétique créé par les charges en mouvement. Un champ magnétique a plusieurs propriétés. D'abord: le champ magnétique est créé par le déplacement de charges électriques. En d’autres termes, un champ magnétique se forme autour d’un conducteur traversé par un courant électrique. La propriété suivante qui indique comment le champ magnétique est déterminé. Elle est déterminée par l’effet sur une autre charge électrique en mouvement. Ou, disent-ils, à un courant électrique différent. Nous pouvons déterminer la présence d'un champ magnétique par l'effet sur l'aiguille de la boussole, ce qu'on appelle. aiguille magnétique.

Autre propriété : le champ magnétique exerce une force. C’est pourquoi on dit que le champ magnétique est matériel.

Ces trois propriétés sont traits distinctifs champ magnétique. Après avoir décidé ce qu'est un champ magnétique et déterminé les propriétés d'un tel champ, il est nécessaire de dire comment le champ magnétique est étudié. Tout d’abord, le champ magnétique est étudié à l’aide d’un référentiel porteur de courant. Si nous prenons un conducteur, faisons un cadre rond ou carré à partir de ce conducteur et faisons passer un courant électrique à travers ce cadre, alors dans un champ magnétique, ce cadre tournera d'une certaine manière.

Riz. 1. Le cadre porteur de courant tourne dans un champ magnétique externe

Par la façon dont ce cadre tourne, nous pouvons juger champ magnétique. Seulement ici, il y a une condition importante : le cadre doit être très petit ou il doit être de très petite taille par rapport aux distances auxquelles on étudie le champ magnétique. Une telle trame est appelée un circuit de courant.

On peut également étudier le champ magnétique à l’aide d’aiguilles magnétiques, en les plaçant dans un champ magnétique et en observant leur comportement.

Riz. 2. L'effet d'un champ magnétique sur les aiguilles magnétiques

La prochaine chose dont nous parlerons est de savoir comment représenter un champ magnétique. À la suite de longues recherches menées, il est devenu clair que le champ magnétique peut être représenté de manière pratique à l'aide de lignes magnétiques. A observer lignes magnétiques, faisons une expérience. Pour notre expérience, nous aurons besoin d’un aimant permanent, de limaille de fer, de verre et d’une feuille de papier blanc.

Riz. 3. La limaille de fer s’aligne le long des lignes de champ magnétique

Couvrez l'aimant d'une plaque de verre, et posez dessus une feuille de papier, une feuille de papier blanche. Saupoudrez de la limaille de fer sur une feuille de papier. En conséquence, vous verrez comment apparaissent les lignes du champ magnétique. Ce que nous verrons, ce sont les lignes de champ magnétique d’un aimant permanent. On les appelle aussi parfois le spectre des lignes magnétiques. Notez que les lignes existent dans les trois directions, pas seulement dans le plan.

Ligne magnétique- une ligne imaginaire le long de laquelle s'aligneraient les axes des aiguilles magnétiques.

Riz. 4. Représentation schématique d'une ligne magnétique

Regardez, la figure montre ce qui suit : la ligne est courbe, la direction de la ligne magnétique est déterminée par la direction de la flèche magnétique. La direction est indiquée par le pôle nord de l'aiguille magnétique. Il est très pratique de représenter des lignes à l'aide de flèches.

Riz. 5. Comment la direction des lignes de champ est-elle indiquée ?

Parlons maintenant des propriétés des lignes magnétiques. Premièrement, les lignes magnétiques n’ont ni début ni fin. Ce sont des lignes fermées. Puisque les lignes magnétiques sont fermées, il n’y a pas de charges magnétiques.

Deuxième: ce sont des lignes qui ne se croisent pas, ne sont pas interrompues, ne s'enroulent pas de quelque manière que ce soit. A l'aide de lignes magnétiques, nous pouvons caractériser le champ magnétique, imaginer non seulement sa forme, mais aussi parler de l'effet de force. Si nous représentons une plus grande densité de telles lignes, alors à cet endroit, à ce point de l'espace, nous aurons une plus grande action de force.

Si les lignes sont parallèles les unes aux autres, leur densité est la même, alors dans ce cas on dit que le champ magnétique est uniforme. Si, au contraire, cela n'est pas rempli, c'est à dire. la densité est différente, les lignes sont courbes, alors un tel champ s'appellera hétérogène. A la fin de la leçon, je voudrais attirer votre attention sur les dessins suivants.

Riz. 6. Champ magnétique inhomogène

Premièrement, nous savons déjà que lignes magnétiques peut être représenté par des flèches. Et la figure représente précisément un champ magnétique non uniforme. La densité est différente selon les endroits, ce qui signifie que l'effet de force de ce champ sur l'aiguille magnétique sera différent.

La figure suivante montre un champ homogène. Les lignes sont dirigées dans une direction et leur densité est la même.

Riz. 7. Champ magnétique uniforme

Un champ magnétique uniforme est un champ qui se produit à l’intérieur d’une bobine comportant un grand nombre de tours ou à l’intérieur d’une barre aimantée droite. Le champ magnétique à l’extérieur d’une bande magnétique, ou ce que nous avons observé en classe aujourd’hui, est un champ non uniforme. Pour bien comprendre tout cela, regardons le tableau.

Liste de la littérature supplémentaire :

Belkin I.K. Champs électriques et magnétiques // Quantique. - 1984. - N° 3. - P. 28-31. Kikoin A.K. D'où vient le magnétisme ? // Quantique. - 1992. - N° 3. - P. 37-39.42 Leenson I. Mystères de l'aiguille magnétique // Quantique. - 2009. - N° 3. - P. 39-40. Manuel de physique élémentaire. Éd. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974

Catalogue de tâches.
Tâches D13. Champ magnétique. Induction électromagnétique

Un courant électrique traversait un cadre conducteur de lumière situé entre les pôles d'un aimant en fer à cheval, dont la direction est indiquée par des flèches sur la figure.

Solution.

Le champ magnétique sera dirigé du pôle nord de l’aimant vers le sud (perpendiculaire au côté AB du cadre). Les côtés du cadre avec du courant sont soumis à l'action de la force Ampère, dont la direction est déterminée par la règle de gauche, et l'amplitude est égale à l'endroit où est l'intensité du courant dans le cadre, qui est l'amplitude de l'induction magnétique. du champ magnétique, est la longueur du côté correspondant du cadre, est le sinus de l'angle entre le vecteur induction magnétique et la direction du courant. Ainsi, du côté AB du cadre et du côté parallèle à celui-ci, agiront des forces de même ampleur mais de direction opposée : du côté gauche « de nous », et du côté droit « sur nous ». Les forces n'agiront pas sur les côtés restants, car le courant y circule parallèlement aux lignes de champ. Ainsi, le cadre commencera à tourner dans le sens des aiguilles d’une montre lorsqu’il est vu d’en haut.

Au fur et à mesure que vous tournez, la direction de la force changera et au moment où le cadre tourne à 90°, le couple changera de direction, donc le cadre ne tournera plus davantage. Le cadre oscillera dans cette position pendant un certain temps, puis se retrouvera dans la position illustrée à la figure 4.

Réponse : 4

Source : Académie nationale de physique. Vague principale. Option 1313.

Un courant électrique circule dans la bobine dont la direction est indiquée sur la figure. En même temps, aux extrémités du noyau de fer de la bobine

1) des pôles magnétiques se forment : à l'extrémité 1 - le pôle nord ; à la fin 2 - sud

2) des pôles magnétiques se forment : à l'extrémité 1 - le pôle sud ; à la fin 2 - nord

3) les charges électriques s'accumulent : à l'extrémité 1 - charge négative ; à la fin 2 est positif

4) les charges électriques s'accumulent : à l'extrémité 1 - charge positive ; à la fin 2 - négatif

Solution.

Lorsque des particules chargées se déplacent, un champ magnétique apparaît toujours. Utilisons la règle de la main droite pour déterminer la direction du vecteur induction magnétique : on dirige nos doigts le long de la ligne de courant, puis le pouce plié indiquera la direction du vecteur induction magnétique. Ainsi, les lignes d'induction magnétique sont dirigées de l'extrémité 1 à l'extrémité 2. Les lignes de champ magnétique entrent dans le pôle magnétique sud et sortent par le nord.

La bonne réponse est indiquée sous le numéro 2.

Note.

À l’intérieur de l’aimant (bobine), les lignes de champ magnétique vont du pôle sud au pôle nord.

Réponse : 2

Source : Académie nationale de physique. Vague principale. Option 1326., OGE-2019. Vague principale. Option 54416

La figure montre une image des lignes de champ magnétique de deux bandes magnétiques obtenues à l'aide de limaille de fer. À en juger par l'emplacement de l'aiguille magnétique, quels pôles des bandes magnétiques correspondent aux zones 1 et 2 ?

1) 1 - pôle nord ; 2 - sud

2) 1 - sud ; 2 - pôle nord

3) 1 et 2 - au pôle nord

4) 1 et 2 - au pôle sud

Solution.

Les lignes magnétiques étant fermées, les pôles ne peuvent pas être à la fois sud et nord. La lettre N (Nord) désigne le pôle nord, S (Sud) le sud. Le pôle Nord est attiré par le pôle Sud. Par conséquent, la région 1 est le pôle sud, la région 2 est le pôle nord.

Le recours aux tests en cours permet de réaliser une véritable individualisation et différenciation des apprentissages ; introduire un travail correctionnel en temps opportun dans le processus d'enseignement ; évaluer et gérer de manière fiable la qualité de la formation. Les tests proposés sur le thème « Champ magnétique » contiennent 10 tâches.

1. Un aimant crée un champ magnétique autour de lui. Où l’effet de ce champ sera-t-il le plus puissant ?

A. Près des pôles d’un aimant.
B. Au centre de l'aimant.
B. L'action du champ magnétique se manifeste uniformément en chaque point de l'aimant.

Bonne réponse : A.

2. Est-il possible d'utiliser une boussole sur la Lune pour s'orienter ?

R. Vous ne pouvez pas.
B. C'est possible.
B. C'est possible, mais uniquement en plaine.

Bonne réponse : A.

3. Dans quelles conditions un champ magnétique apparaît-il autour d'un conducteur ?

A. Lorsqu'un courant électrique se produit dans un conducteur.
B. Lorsque le conducteur est plié en deux.
B. Lorsque le conducteur est chauffé.

Bonne réponse : A.

R. En haut.
B. Vers le bas.
B. À droite.
G. À gauche.

Bonne réponse : B.

5. Indiquer la propriété fondamentale du champ magnétique ?

A. Lui lignes électriques ont toujours des sources : elles commencent par des charges positives et se terminent par des charges négatives.
B. Le champ magnétique n’a pas de sources. Il n'y a pas de charges magnétiques dans la nature.
B. Ses lignes de force ont toujours des sources : elles commencent par des charges négatives et se terminent par des charges positives.

Bonne réponse : B.

6.Sélectionnez une image qui montre un champ magnétique.

Bonne réponse : Fig. 2

7. Le courant circule à travers un anneau métallique. Indiquez la direction du vecteur d’induction magnétique.

R. Vers le bas.
B. Vers le haut.
B. À droite.

Bonne réponse : B.

8. Comment se comportent les bobines avec noyaux illustrées sur la figure ?

R. Ils n’interagissent pas.
B. Retournez-vous.
B. Ils repoussent.

Bonne réponse : A.

9. Le noyau de fer a été retiré de la bobine conductrice de courant. Comment le modèle d’induction magnétique va-t-il changer ?

A. La densité des lignes magnétiques augmentera plusieurs fois.
B. La densité des lignes magnétiques diminuera plusieurs fois.
B. Le motif des lignes magnétiques ne changera pas.

Bonne réponse : B.

10. Comment changer les pôles d’une bobine magnétique avec du courant ?

A. Insérez le noyau dans la bobine.
B. Changez la direction du courant dans la bobine.
B. Éteignez la source d'alimentation.

D. Augmentez le courant.

Bonne réponse : B.

1. En Islande et en France, la boussole marine a commencé à être utilisée aux XIIe et XIIIe siècles. Une barre magnétique était fixée au centre d'une croix en bois, puis cette structure était placée dans l'eau, et la croix, tournant, était installée dans le sens nord-sud. De quel pôle la barre magnétique se tournera-t-elle vers le pôle magnétique nord de la Terre ?

R. Nord.
B. Sud.

Bonne réponse : B.

2. Quelle substance n’est pas du tout attirée par un aimant ?

R. Du fer.
B. Nickel.
B. Verre.

Bonne réponse : B.

3. Un fil isolé est posé à l'intérieur du revêtement mural. Comment localiser les fils sans déranger le revêtement mural ?

A. Apportez l'aiguille magnétique au mur. Le conducteur avec le courant et la flèche vont interagir.
B. Éclairez les murs. Une augmentation de la lumière indiquera l'emplacement du fil.
B. L'emplacement du fil ne peut être déterminé sans casser le revêtement mural.

Bonne réponse : A.

4. La figure montre l'emplacement de l'aiguille magnétique. Quelle est la direction du vecteur induction magnétique au point A ?

R. Vers le bas.
B. Vers le haut.
B. À droite.
G. À gauche.

Bonne réponse : A.

5. Quelle est la particularité des lignes d’induction magnétique ?

A. Les lignes d’induction magnétique commencent par des charges positives et se terminent par des charges négatives.
B. Les lignes n'ont ni début ni fin. Ils sont toujours fermés.

Bonne réponse : B.

6. Le conducteur porteur de courant est situé perpendiculairement au plan. Sur quelle figure les lignes d’induction magnétique sont-elles représentées correctement ?

Fig.1 Fig.2 Fig.3 Fig.4

Bonne réponse : riz. 4.

7. Le courant circule à travers un anneau métallique. Indiquez la direction du courant si le vecteur d'induction magnétique est dirigé vers le haut.

A. Dans le sens antihoraire.
B. Dans le sens des aiguilles d'une montre.

Bonne réponse : A.

8. Déterminez la nature de l'interaction des bobines illustrées sur la figure.

R. Ils sont attirés.
B. Ils repoussent.
B. Ils n’interagissent pas.

Bonne réponse : B.

9. Le cadre avec le courant dans le champ magnétique tourne. Quel appareil utilise ce phénomène ?

A. Disque laser.
B. Ampèremètre.
B. Électro-aimant.

Bonne réponse : B.

10. Pourquoi un cadre porteur de courant placé entre les pôles d'un aimant permanent tourne-t-il ?

A. En raison de l’interaction des champs magnétiques du cadre et de l’aimant.
B. En raison de l'action champ électrique cadres magnétiques.

B. En raison de l'effet du champ magnétique de l'aimant sur la charge dans la bobine.

Bonne réponse : A.

Littérature: Physique. 8e année : manuel de documents de formation générale / A.V. Perychkine. - Outarde, 2006.

Dès le cours de physique de 8e, vous savez qu'un champ magnétique est généré par un courant électrique. Il existe par exemple autour d'un conducteur métallique porteur de courant. Dans ce cas, le courant est créé par des électrons se déplaçant directionnellement le long du conducteur. Un champ magnétique apparaît également lorsqu'un courant traverse une solution électrolytique, où les porteurs de charge sont des ions chargés positivement et négativement se déplaçant les uns vers les autres.

Puisque le courant électrique est le mouvement dirigé de particules chargées, nous pouvons dire qu’un champ magnétique est créé par le déplacement de particules chargées, à la fois positives et négatives.

Rappelons que, selon l’hypothèse d’Ampère, les courants annulaires apparaissent dans les atomes et les molécules de matière à la suite du mouvement des électrons.

La figure 85 montre que dans les aimants permanents ces courants annulaires élémentaires sont orientés de la même manière. Par conséquent, les champs magnétiques formés autour de chacun de ces courants ont les mêmes directions. Ces champs se renforcent mutuellement, créant un champ dans et autour de l'aimant.

Riz. 85. Illustration de l'hypothèse d'Ampère

Pour représenter visuellement le champ magnétique, des lignes magnétiques sont utilisées (elles sont également appelées lignes de champ magnétique) 1. Rappelons que les lignes magnétiques sont des lignes imaginaires le long desquelles se trouveraient de petites flèches magnétiques, placées dans un champ magnétique.

Une ligne magnétique peut être tracée à travers n’importe quel point de l’espace dans lequel existe un champ magnétique.

La figure 86 montre qu'une ligne magnétique (à la fois droite et courbe) est tracée de telle sorte qu'en tout point de cette ligne la tangente à celle-ci coïncide avec l'axe de l'aiguille magnétique placée en ce point.

Riz. 86. En tout point d'une ligne magnétique, la tangente à celle-ci coïncide avec l'axe de l'aiguille magnétique placée en ce point

Les lignes magnétiques sont fermées. Par exemple, le motif des lignes magnétiques d'un conducteur droit avec courant représente des cercles concentriques situés dans un plan perpendiculaire au conducteur.

D'après la figure 86, il est clair que la direction de la ligne magnétique en tout point est classiquement considérée comme étant la direction indiquée par le pôle nord de l'aiguille magnétique placée en ce point.

Dans les zones de l'espace où le champ magnétique est plus fort, les lignes magnétiques sont plus proches les unes des autres, c'est-à-dire plus denses, que dans les endroits où le champ est plus faible. Par exemple, le champ illustré à la figure 87 est plus fort à gauche qu'à droite.

Riz. 87. Les lignes magnétiques sont plus proches les unes des autres aux endroits où le champ magnétique est plus fort

Ainsi, à partir du motif des lignes magnétiques, on peut juger non seulement de la direction, mais aussi de l'ampleur du champ magnétique (c'est-à-dire, à quels points de l'espace le champ agit sur l'aiguille magnétique avec plus de force, et à quels points avec moins).

Considérons l'image des lignes de champ magnétique d'une bande magnétique permanente (Fig. 88). Grâce à votre cours de physique de 8e année, vous savez que les lignes magnétiques quittent le pôle nord d'un aimant et entrent dans le pôle sud. À l’intérieur de l’aimant, ils sont dirigés du pôle sud vers le nord. Les lignes magnétiques n'ont ni début ni fin : soit elles sont fermées, soit, comme la ligne médiane de la figure, elles vont de l'infini à l'infini.

Riz. 88. Image du champ magnétique d'une bande magnétique permanente

Riz. 89. Lignes magnétiques d'un champ magnétique créé par un conducteur droit transportant du courant

À l’extérieur d’un aimant, les lignes magnétiques sont plus densément situées au niveau de ses pôles. Cela signifie que le champ est plus fort près des pôles et qu’il s’affaiblit à mesure qu’il s’éloigne des pôles. Plus l’aiguille magnétique est proche du pôle de l’aimant, plus la force exercée sur elle par le champ magnétique est grande. Puisque les lignes magnétiques sont courbes, la direction de la force avec laquelle le champ agit sur la flèche change également d'un point à l'autre.

Ainsi, la force avec laquelle le champ d'une bande magnétique agit sur une aiguille magnétique placée dans ce champ peut être différente en différents points du champ, tant en ampleur qu'en direction.

Un tel champ est dit inhomogène. Les lignes d'un champ magnétique non uniforme sont courbes, leur densité varie d'un point à l'autre.

Un autre exemple de champ magnétique non uniforme est le champ autour d’un conducteur droit transportant un courant. La figure 89 montre une coupe d'un tel conducteur située perpendiculairement au plan du dessin. Le cercle indique la section transversale du conducteur. Le point signifie que le courant est dirigé de derrière le dessin vers nous, comme si nous voyions la pointe d'une flèche indiquant la direction du courant (le courant dirigé de nous derrière le dessin est indiqué par une croix, comme si nous voyions la queue d'une flèche dirigée le long du courant).

Cette figure montre clairement que les lignes de champ magnétique créées par un conducteur droit transportant du courant sont des cercles concentriques dont la distance augmente avec la distance au conducteur.

Dans une certaine région limitée de l'espace, il est possible de créer un champ magnétique uniforme, c'est-à-dire un champ en tout point duquel la force exercée sur l'aiguille magnétique est la même en ampleur et en direction.

La figure 90 montre le champ magnétique qui apparaît à l'intérieur d'un solénoïde - une bobine de fil cylindrique avec du courant. Le champ à l'intérieur du solénoïde peut être considéré comme uniforme si la longueur du solénoïde est nettement supérieure à son diamètre (à l'extérieur du solénoïde, le champ n'est pas uniforme, ses lignes magnétiques sont situées à peu près de la même manière que celles d'une bande magnétique). Sur cette figure, on peut voir que les lignes magnétiques d'un champ magnétique uniforme sont parallèles les unes aux autres et situées avec la même densité.

Riz. 90. Champ magnétique du solénoïde

Le champ à l'intérieur de la bande magnétique permanente dans sa partie centrale est également uniforme (voir Fig. 88).

Pour imager un champ magnétique, utilisez la technique suivante. Si les lignes d'un champ magnétique uniforme sont situées perpendiculairement au plan du dessin et dirigées loin de nous au-delà du dessin, alors elles sont représentées par des croix (Fig. 91, a), et si de derrière le dessin vers nous, alors avec des points (Fig. 91, b). Comme dans le cas du courant, chaque croix est comme la queue visible d'une flèche qui s'éloigne de nous, et la pointe est la pointe d'une flèche qui vole vers nous (dans les deux figures, la direction des flèches coïncide avec la direction du champ magnétique). lignes).

Riz. 91. Lignes de champ magnétique dirigées perpendiculairement au plan du dessin : a - de l'observateur ; b - à l'observateur

Questions

1. Quelle est la source du champ magnétique ?
2. Qu'est-ce qui crée le champ magnétique d'un aimant permanent ?
3. Que sont les lignes magnétiques ? Qu'est-ce qui est pris pour leur direction à un moment donné ?
4. Comment se situent les aiguilles magnétiques dans un champ magnétique dont les lignes sont droites ? curviligne ?
5. 0 que peut-on juger à partir de la configuration des lignes de champ magnétique ?
6. Quel type de champ magnétique - homogène ou inhomogène - se forme autour de la bande magnétique ? autour d'un conducteur droit transportant du courant ; à l'intérieur d'un solénoïde dont la longueur est nettement supérieure à son diamètre ?
7. Que peut-on dire de l'ampleur et de la direction de la force agissant sur l'aiguille magnétique en différents points du champ magnétique inhomogène ? champ magnétique uniforme ?
8. Quelle est la différence entre la localisation des lignes magnétiques dans des champs magnétiques inhomogènes et homogènes ?

Exercice 31

1 Au § 37 un nom et une définition plus précis de ces lignes seront donnés.