Электромагнитные явления

Тема: ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

УЭ0	Цели и задачи всего модуля: 1.Изучить понятие «магнитное поле» как один из видов материи; 2. Изучить свойства магнитного поля; 3. Выяснить, каким образом можно использовать свойства магнитного поля для нужд человека; 4.Выяснить, какое практическое применение имеют электромагнитные явления на практике.	Изучите цели и задачи всего модуля
УЭ 1	Магнитное поле. Магнитные силовые линии. Цели и задачи УЭ: Познакомиться с понятием магнитного поля. Пронаблюдать на опытах действие магнитного поля на проводник с током; Изучить понятие магнитной силовой линии, пронаблюдать за их образованием. Изучить правило буравчика и правило правой руки для определения направления силовых линий магнитного поля. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное поле - это особый вид материи, невидимый и неосязаемый для человека, существующий независимо от нашего сознания.  Еще в древности ученые-мыслители догадывались, что вокруг магнита что-то существует. Магнитная стрелка. Магнитная стрелка – это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока. Она представляет из себя маленький магнит, установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный. Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы. Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на "север". Линия, соединяющая полюсы магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки. Аналогичная магнитная стрелка есть в любом компасе - приборе для ориентирования на местности. Где возникает магнитное поле? Опыт Эрстеда ( 1820г.) - показывает, как взаимодействует проводник с током и магнитная стрелка. При замыкании эл цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения, при размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое первоначальное положение. Выполните опыт: В пространстве вокруг проводника с током (а в общем случае вокруг любого движущегося электрического заряда) возникает магнитное поле.  Магнитные силы этого поля действуют на стрелку и поворачивают ее. В общем случае можно сказать, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Многие небесные тела – планеты и звезды - обладают собственными магнитными полями.  Однако наши ближайшие соседи - Луна, Венера и Марс - не имеют магнитного поля,  подобного земному. Гильберт открыл, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Эта идея была запатентована лишь через 250 лет после смерти Гильберта. .... в первой половине 90-х годов, когда появились новые грузинские монеты - лари,  местные воры-карманники обзавелись магнитами, т. к. металл, из которого делались эти монеты, хорошо притягивался магнитом! ... если взять долларовую купюру за угол и поднести к мощному магниту (например, подковообразному), создающему неоднородное магнитное поле, бумажка отклонится к одному из полюсов. Оказывается, краска долларовой купюры содержит соли железа, обладающие магнитными свойствами, поэтому доллар притягивается к одному из полюсов магнита. Знаете ли вы?... … можно вынуть иголку, лежащую на дне стакана с водой, не дотрагиваясь до нее ни чем и не выливая воду из стакана? … можно сделать магнит самому, т. е., например, намагнитить иголку,  проведя вдоль нее несколько раз магнитом от середины к краям? … можно сделать из иголки плавающий компас? … можно сделать кольцо из скрепок, не скрепляя их механически, а только используя магнит? … магнит может висеть в воздухе без нити? МАГНИТНОЕ ПОЛЕ  ПРЯМОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ Если есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг этого проводника можно с помощью железных опилок... ... или магнитных стрелок. Под действием магнитного поля тока магнитные стрелки или железные опилки располагаются по концентрическим окружностям. Магнитные линии. Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий. Магнитные линии магнитного поля тока – это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок. Магнитные линии магнитного поля тока – это замкнутые кривые, охватывающие проводник. У прямого проводника с током - это концентрические расширяющиеся окружности. За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля. Графическое изображение магнитного поля прямого проводника с током. Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике и определяется по правилу буравчика. Если направление тока в проводнике совпадает с направлением острия буравчика, то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением силовых линий магнитного поля. Ток течет за плоскость рисунка  Ток течет из-за плоскости рис Интересно видеть, как железные опилки, притянувшись к полюсу магнита образуют кисти, отталкивающиеся друг от друга. А ведь они всего-навсего располагаются вдоль силовых линий магнитного поля! МОЖНО ЛИ УВИДЕТЬ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ? Надо включить цветной телевизор на какой - нибудь неподвижный кадр и поднести к нему магнит.  Цвета изображения на экране вблизи магнита изменятся! Картинка будет сиять радужными разводами. Цветные полосы сгущаются вблизи контура магнита как бы визуализируя магнитное поле. Интересно при этом вращать магнит, сдвигать его или приближать и удалять от экрана. Картина магнитного поля будет куда интересней, чем в опытах с опилками! К небольшому латунному диску свободно подвесили несколько стальных иголок. Если снизу к иголкам медленно подносить магнит (например, южным полюсом),  то сначала иголки разойдутся, а затем, когда магнит приблизится совсем вплотную, снова вернутся в вертикальное положение. Почему? Проделайте опыты с железными опилками и пронаблюдайте за расположением опилок вдоль силовых линий магнитного поля. Возьмите магнит любой формы, накройте его куском тонкого картона, посыпьте сверху железными опилками и разровняйте их. Ведь каждая «опилочка», словно магнитная стрелка, располагается вдоль магнитных линий. Таким образом становятся «видимыми» магнитные линии магнитного поля вашего магнита. При передвижении картона над магнитом (или наоборот магнита под картоном) опилки начинают шевелиться, меняя узоры магнитного поля. Вопросы для самоконтроля: Ответьте на вопросы из учебника на с.131 и на с.133. Кроме того, ответьте на следующие вопросы: Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс? Если разломить магнит на 2 части, будут ли они магнитами? Какие вещества могут намагничиваться? Можно ли намагнитить железный гвоздь, стальную отвертку, ножницы? Каким образом можно это сделать? Домашнее задание:  §56 и 57. Ответить на вопросы. Выучить определения всех новых понятий, с которыми познакомились на уроке.	Прочти текст и выполни краткий конспект по прочитанному.   Н  S Запишите правило буравчика в тетрадь. Этот опыт можно проделать дома с телевизором, но лучше всего этого не делать, т. к. это может повлиять на качество изображения вашего телевизора.

УЭ 2

Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Цели и задачи УЭ: 1.Изучить магнитное поле катушки с током. 2.Пронаблюдать за принципом действия электромагнита. 3.Выяснить, какое практическое значение имеют электромагниты на практике.

Ответьте на вопросы: Что называется магнитным полем7 Каким образом можно создать магнитное поле? Как можно пронаблюдать магнитное поле? Почему для наблюдения м. п. используют железные опилки? Как располагаются железные опилки вокруг проводника с током? Что понимают под магнитной линией поля? Как располагаются железные опилки вдоль силовых линий? Как зависит направление силовых линий м. п. от направления тока в проводнике. По какому правилу определяется их направление? Сформулируйте это правило. Как взаимодействуют друг с другом полюса магнитов? СОЛЕНОИД. ЭЛЕКТРОМАГНИТ Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида. Соленоид становится магнитом.  Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении через нее электрического тока и отпадают при отключении тока. Пронаблюдайте способность соленоида притягивать железные предметы:   Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки, от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке. Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки. Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли подобно свободно вращающейся магнитной стрелке. Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, - южным полюсом магнита-соленоида. Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.  Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые и направлены снаружи катушки от северного полюса к южному полюсу. Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида. Здесь магнитное поле однородно, его напряжённость пропорциональна силе тока и числу витков. Внешнее магнитное поле соленоида неоднородно. Соленоид с сердечником во внутренней полости представляет собой электромагнит. Электромагнит – это устройство, состоящее из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается при прохождении по обмотке электрического тока и притягивающегося якоря.   Рассмотрите устройство электромагнита. Пронаблюдайте его действие. Запишите результаты в тетрадях для лабораторных работ. (см. л. р.№8 на с.175-176) Обмотка выполняется из изолированного алюминиевого или медного провода. Существуют также электромагниты с обмоткой из сверхпроводящих материалов. Сердечники изготавливают из стали или чугуна, или железоникелевых  ( железокобальтовых ) сплавов, которые с целью уменьшения вредных вихревых токов выполняют не цельными, а из набора листов. Дугообразный электромагнит используется для поднятия тяжестей. Через катушку пропускается электрический ток, в результате намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом. Действие электромагнита зависит как от силы магнитного поля, так и от силы и направления электрического тока в обмотке. Полезные свойства электромагнитов: 1. Быстро размагничиваются при выключении тока, 2. Можно изготовить любых размеров, 3. При работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи. В основном область применения электромагнитов - электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей, в магнитофонах. Электромагниты применяются и в электроизмерительных приборах. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. ИЗ ИСТОРИИ  СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ Вильям Стержен ) (1783–1850) – английский инженер электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса ( 200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа). Первые электромагниты, когда ещё не умели изготавливать изолированную проволоку, делали так: железный стержень обматывали шелком, поверх него наматывали проволоку так, чтобы витки не соприкасались! Первые электромагниты В. Стержена. Джозеф Генри ) (1797–1878) - американский физик, работы по электричеству и магнетизму. Усовершенствовал электромагнит. В 1827 г. Дж. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал 29 килограммовый магнит, удерживающий гигантский по тем временам вес – 936 кг. Продемонстрировал прообраз электромагнитного телеграфа. Устройство состояло из батареи и электромагнита, соединенных медным проводом длиной в милю (1.85 км), протянутого по стенам лекционного зала. Сэмюэл Финли Бриз Морзе публично продемонстрировали практически пригодную телеграфную систему. Электрические импульсы, переданные по проводам на расстояние 2-х миль (3.7 км), привели в действие электромагнит и на бумажной ленте точками и черточками чернил (кодом Морзе) были напечатаны символы первого телеграфного сообщения. Почему для переноски аскаленных болванок нельзя воспользоваться электромагнитом? - потому, что чистое железо, нагретое выше 767 градусов, совершенно не намагничивается! Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту  4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни. Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская область. Японцы придумали «ювелирные» соленоиды. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОДЪЕМНЫЕ КРАНЫ На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить  огромные грузы без их крепления. Здесь используются электромагниты. Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна железяка не упадет с него. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.  На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки. Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось,  ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего. Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления.  После того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается. В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность до 64 тонн, а отрывное усилие до 128 тонн. В зависимости от назначения электромагниты могут весить от долей грамма до сотен тонн и потреблять электрическую мощность – от долей ватта до десятков мегаватт. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СКОРОСТНОЙ ТРАНСПОРТ Перспективно использование электромагнитов на скоростных транспортных средствах  для создания « магнитной подушки».   или  Вопросы и задания для самоконтроля: Объясните принцип действия электрозвонка, электромагнита, электромагнитного сепаратора, телеграфа, электромагнитного реле, изображенных на рисунках 98-103 в учебнике на с.135, 137 Выполните задания из упр.28 на с.136. Домашнее задание: §58, повторить §57, ответить на вопросы на с.136.

Прочти и законспектируй текст. Прочти и перескажи!