Выполнил ученик 10-Д класса МОУ «Гимназия №4 им. А.С.Пушкинаг г.Йошкар-Олы.» Бурлаченко Роман
реклама
Выполнил ученик 10-Д класса МОУ «Гимназия №4 им. А.С.Пушкинаг г.Йошкар-Олы.» Бурлаченко Роман 2009-2010 г.г Тьютер: учитель физики Доля А.Д. Содержание Магнетизм Эрстед Ханс Кристиан ► Опыты Эрстеда ► Магнитное поле ► Магнитный полюс ► Электромагнетизм ► Электромагнитные устройства ► Электромагнитный спектр ► Магнитное поле Земли ► Магнитосфера Земли ► Солнечный ветер ► Магнитные бури ► Магнитные аномалии ► Компас ► ► Магнетизм Магнит выглядит как обычный кусок железа, но он создает вокруг себя магнитное поле. На попавшие в поле железные предметы действует сила, притягивающая к магниту. У магнита два полюса – северный и южный. Разные полюса притягиваются друг к другу, а одинаковые отталкиваются. Магнетизм Внутри куска железа много малых намагниченных областей – доменов. Они не создают единого магнитного поля, поскольку полюса их направлены в разные стороны. Но если поднести к железу магнит, под действием его поля все домены ориентируются в одном направлении, и железо временно становится магнитом. Сильное магнитное поле может превратить кусок железа в постоянный магнит. Магнетизм Расплавленное железное ядро Земли – гигантский магнит. Два полюса любого магнита называются северным и южным потому, что соответствующие полюса «земного магнита» находятся возле географических полюсов планеты. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. Эрстед Ханс Кристиан Эрстед, единица напряженности магнитного поля в системе единиц СГС, обозначается Э. Названа в честь Х.К.Эстреда. 1 Э = (1/4 π) х 103 А/м = 79,5775 А/м Эрстед Ханс Кристиан (1777 – 1851), датский физик, иностранный почетный член Петербургской Академии Наук (1830). Труды по электричеству, акустике, молекулярной физике. В 1820 открыл магнитное действие электрического тока. Опыты Эрстеда В июне 1820 Эрстед печатает работу: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку». В ней учёный пишет резюме: «Основной вывод из этих опытов состоит в том, что магнитная стрелка отклоняется от своего положения равновесия под действием вольтаического аппарата и что этот эффект проявляется, когда контур замкнут, и он не проявляется, когда контур разомкнут. Опыты Эрстеда В этой же работе Эрстед пытается выработать правило, с помощью которого можно было бы заранее определить направление магнитного действия сил, возникающих в проводнике при прохождении по нему электрического тока. Вот это правило: «Полюс, который видит отрицательное электричество входящим над собой, отклоняется к западу, а полюс, который видит его входящим под собой, отклоняется к востоку». Из экспериментов следовало, что сила, действующая между магнитным полюсом и током в проводнике, направлена не по соединяющей их прямой, а по нормали к этой прямой, т. е. перпендикулярно. Магнитное поле Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей (электронов, протоном и др.). Полное описание электрических и магнитных полей и их взаимосвязь дают уравнения Максвелла. Характеристики магнитного поля Магнитная индукция. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н / А·м. Направление магнитной индукции устанавливают с помощью Правила буравчика. Магнитный поток. Единицей измерения магнитного потока является 1 Вебер. 1 Вб = 1 Тл ·м2. Сила Ампера Сила действующая на проводник с током в магнитном поле. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки. Сила Лоренца. Действует на заряд, движущийся в магнитном поле. Определить направление силы Лоренца можно с помощью правила левой руки. Магнитный полюс Магнитный полюс - часть поверхности намагниченного тела, на которой имеется нормальная составляющая вектора намагниченности ( этот участок поверхности пересекают силовые линии магнитного поля). S N Магнитный полюс Магнитный полюс называют южным S (отрицательным), если на этом участке силовые линии входят в тело называют северным N (положительным), если из него выходят силовые линии Электромагнетизм Электрический ток, проходящий по проводу, создает магнитное поле. Если ток направлен сверху вниз, то направление магнитного поля – по часовой стрелке провода. Слабое поле можно сделать более сильным, смотав провод в катушку. Электромагнетизм Если провод смотать в катушку, то магнитное поле тока сконцентрируется. Картина поля будет такой же, как у прямого постоянного магнита, т.е. с полюсами на концах катушки. Железный сердечник усилит эффект. Электромагнетизм Электромагнетизм можно использовать двояким образом. При перемещении магнита внутри катушки с проводом в ней наводится электрический ток (явление электромагнитной индукции). Если поместить провод с током между полюсами постоянного магнита, то провод будет двигаться, - таково механическое действие магнитного поля на ток. Электромагнитные устройства простейший электродвигатель генератор постоянного тока электрический звонок Электромагнитный спектр Магнитное поле Земли Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора. Магнитное поле Земли ~ 3R (R – радиус Земли) соответствует приблизительно полю однородно намагниченного шара с напряженностью поля ~ 55,7 А/м (0,70 Э) у магнитных полюсов Земли и 33, 4 А/м (0,42 Э) на магнитном экваторе. На расстояниях > 3R магнитное поле Земли имеет более сложное строение, и называется магнитосфера. Магнитосфера Земли Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. Магнитосфера Земли с дневной стороны простирается до 8-14 R, с ночной – вытянута, образуя так называемый магнитный хвост Земли в несколько сот R, в магнитосфере находятся радиационные пояса. Магнитосфера Земли Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. Магнитосфера Земли – самая внешняя из защитных оболочек Земли. Она представляет собою деформированное солнечным ветром геомагнитное поле и является препятствием для плазмы солнечного ветра, увлекающей за собою солнечное магнитное поле. Солнечный ветер Солнечный ветер – истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц – несколько десятков в 1 см3. Магнитные бури Магнитная буря. Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару. Магнитные аномалии Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия. Компас Стрелка компаса всегда указывает на северный полюс Земли Магнитный и географический полюса Земли не совпадают. Это следует учитывать при пользовании компасом. Компас Ко́мпас — это устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: • • • магнитный компас, гирокомпас и электронный компас. Магнитный компас Принцип действия компаса основан на взаимодействии магнитного поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда указывает одним из концов в направлении линии магнитного поля, которая идет к Северному магнитному полюсу. Гирокомпас Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов. Используется в системах навигации и управления крупных морских судов; в отличие от магнитного компаса его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) Северный полюс. Обычно гирокомпас применяется как опорное навигационное устройство. Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел; в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг. Электронный компас Компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы, использующие в качестве датчика блок магниторезисторов. Принцип действия такого компаса весьма прост: • На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации • Засекается момент времени, в который было сделано определение координат • Выжидается некоторый интервал времени. • Повторно определяется местоположение объекта. • На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения
