Взаємодії магнітів і струмів

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

Електромагнітне поле

10 уроків

– Взаємодія магнітів і струмів

– Магнітне поле

– Сила Ампера й сила Лоренца

– Магнітні властивості речовини

– Явище електромагнітної індукції

– Енергія магнітного поля

Тематичне планування

№ з/п	Тема уроку	Дата проведення
1	Взаємодії магнітів і струмів
2	Магнітне поле
3	Сила Ампера й сила Лоренца
4	Магнітні властивості речовини
5	Електромагнітна індукція
6	Лабораторна робота № 3 “Дослідження явища електромагнітної індукції”
7	Енергія магнітного поля котушки зі струмом
8	Змінний струм. Генератор змінного струму
9	Виробництво, передання й використання енергії електричного струму
10	Тематичне оцінювання з теми “Електромагнітне поле”

УРОК 1/13

Тема. Взаємодії магнітів і струмів

Мета

уроку: ознайомити учнів з найпростішими магнітними взаємодіями.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Демонстрації	8 хв.	1. Взаємодія постійних магнітів. 2. Дослід Ерстеда. 3. Взаємодія провідників зі струмами
Вивчення нового матеріалу	27 хв.	1. Взаємодія магнітів. 2. Взаємодія магнітів і провідників зі струмами. 3. Гіпотеза Ампера
Закріплення вивченого матеріалу	10 хв.	1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати завдання

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Взаємодія магнітів

У будь-якого магніту є два полюси (полюсами магніту називають ті його частини, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія магніту). Дослід показує, що однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні – притягуються.

Виявилося, що взаємодія полюсів магніту дуже схожа на взаємодію електричних зарядів. Більше того, виявилося, що так само, як і для електричних зарядів, сила взаємодії полюсів убуває обернено пропорційно квадрату відстані між ними.

Однак одержати “одиночні” магнітні полюси (тільки північний і тільки південний), подібні до позитивних і негативних електричних зарядів, виявилося неможливим: якщо розпиляти магніт, виходять два менших магніти, у кожного з яких є знову два полюси – північний і південний. Уже в XX столітті було встановлено, що навіть елементарні частинки, такі як протон і електрон, є малюсінькими магнітами, які мають по два полюси.

2. Взаємодія магнітів і провідників зі струмами

Пряме експериментальне виявлення зв’язку між електричними й магнітними явищами відбулося завдяки щасливій випадковості. 1820 року данський фізик X. Ерстед, читаючи лекцію про постійні струми, звернув увагу на те, що магнітна стрілка, яка перебуває поблизу провідника, повернулася під час увімкнення струму. Так було відкрито орієнтувальну дію провідника зі струмом на постійний магніт.

Після того як були виявлені взаємодії магнітів з магнітами й електричними струмами з магнітами, постало запитання: чи відбуватиметься магнітна взаємодія між електричними струмами?

Позитивна відповідь на це питання була отримана Ампером. Він експериментально встановив, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють.

Виявилося, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють один з одним:

O якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються, а якщо в протилежних напрямках – то відштовхуються. Взаємодію провідників зі струмами використовують для визначення одиниці сили струму, названої на честь Ампера ампером, г Один ампер – це сила такого постійного струму, який під час проходження через два паралельні прямолінійні нескінченно довгі провідники дуже малого перерізу, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричиняє між провідниками силу взаємодії, яка дорівнює 2-10-7 Н на кожний метр довжини.

Вивчивши взаємодію котушок зі струмами, Ампер виявив, що воно нагадує взаємодію постійних магнітів: торці котушок притягуються або відштовхуються залежно від того, як спрямовані струми в котушках.

3 постійними магнітами котушки зі струмами теж взаємодіють як магніти: торець котушки притягується до полюса магніту або відштовхується від нього. Таким чином,

O один торець котушки зі струмом є її північним полюсом, а інший – південним.

Таким чином, котушка зі струмом за своєю магнітною дією подібна до магніту.

Можна дати учням таку схему магнітних взаємодій:

Магнітні взаємодії
В. Гільберт	Магніт магніт
Г. X. Ерстед	Електричний струм магніт
А. Ампер	Електричний струм електричний струм

Взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називаються магнітними.

3. Гіпотеза Ампера

Те, що котушки зі струмом і магніти взаємодіють у подібний спосіб, навело Ампера на думку, що магнітні властивості постійних магнітів обумовлені незатухаючими мікроскопічними струмами (Ампер називав їх молекулярними), що циркулюють у них. Відповідно до цієї гіпотези частинки речовини являють собою ніби малюсінькі витки зі струмами. Це припущення назвали гіпотезою Ампера.

Якщо мікроскопічні струми орієнтовані хаотично, зразок не проявляє магнітних властивостей. А якщо мікроскопічні струми орієнтовані однаково, то “сусідні” мікроскопічні струми будуть напрямлені протилежно й тому будуть компенсувати один одного.

А от поблизу поверхні зразка мікроскопічні струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню зразка. Внаслідок цього зразок стає подібним до котушки зі струмом і тому проявляє такі ж магнітні властивості, як котушка зі струмом.

Гіпотеза Ампера пояснює, чому не можна роз’єднати полюси магніту, одержавши “одиночні” полюси: адже кожна половина магніту знову подібна до котушки зі струмом.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Які основні властивості постійних магнітів?

2. Як взаємодіють полюси магнітів?

3. Які явища спостерігаються в колі, у якій існує електричний струм?

4. Чи існує зв’язок між електричними й магнітними явищами?

Другий рівень

1. Як краще розташовувати провідник зі струмом, демонструючи дослід Ерстеда, – уздовж меридіана або уздовж паралелі?

2. Як взаємодіють сусідні витки котушки зі струмом – притягуються або відштовхуються?

3. Чи можна виготовити смуговий магніт так, щоб на його кінцях були однойменні полюси?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чи можна розрізати магніт так, щоб один з отриманих магнітів мав тільки північний полюс, а інший – тільки південний?

2. Опишіть кілька способів, за допомогою яких можна визначити, чи намагнічений шматок сталевого дроту.

3. Турист знайшов у лісі сталеве полотно ножівки. Як може він визначити, чи намагнічене це полотно, якщо в нього немає із собою предметів з магнітних матеріалів?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Північний полюс магніту підносять до позитивно зарядженої тенісної кульки, що висить на нитці. Що спостерігатиметься – притягання або відштовхування?

Як зміниться відповідь, якщо кулька заряджена негативно? Розв’язання

В обох випадках буде спостерігатися притягання, обумовлене поділом заряджених частинок у нейтральному тілі (магніті) під дією електричного поля. Заміна позитивного заряду кульки на негативний і (або) північного магнітного полюса на південний ніяк не вплине на результат: магнітне поле взагалі не діє на нерухомі заряджені частинки або тіла.

2. Чи відхилиться магнітна стрілка, якщо її розмістити поблизу рухомого пучка частинок:

А) електронів;

Б) атомів;

В) позитивних іонів?

3. У який спосіб можна дізнатися, чи є струм у проводі, не користуючись амперметром?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Частини магніту, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія магніту, називають полюсами магніту.

– Північним полюсом магнітної стрілки називають той, котрий указує на північ.

– Однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні – притягуються. Тому за допомогою магнітної стрілки можна визначати, який полюс магніту північний, а який – південний.

– Провідник зі струмом діє на розташований поблизу його постійний магніт.

– Паралельні провідники зі струмами взаємодіють один з одним: якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються, а якщо в протилежних напрямках – те відштовхуються.

– Котушки зі струмами взаємодіють так само, як постійні магніти.

– Гіпотеза Ампера: магнітні властивості постійних магнітів обумовлені незатухаючими “молекулярними” струмами, що циркулюють у них.

Домашнє завдання

Підр.: § 13.