Магнитные явления в физике - виды, формулы и определение с примерами

Содержание:

Магнитные явления:

В 8-м классе вы изучали явления, связанные с взаимодействием электрических зарядов с электрическим полем. Электрическое взаимодействие является составляющей более широкого класса электромагнитных взаимодействий, к которому относится также магнитное взаимодействие.

Люди издавна знали, что некоторые руды притягивают к себе железные предметы. Это явление назвали магнетизмом, а куски магнитных руд -природными магнитами. Природным магнитом является железная руда (магнитный железняк). Именно благодаря ему люди впервые ознакомились с магнитными свойствами тел.

Магнит (с греч. дословно камень из Магнессии; по названию города, близ которого впервые были найдены залежи магнитного железняка) -это тело, обладающее магнитными свойствами. Со временем научились изготавливать искусственные постоянные магниты разнообразной формы и размеров в зависимости от их назначения. Постоянными их называют потому, что они неограниченно долго сохраняют свои магнитные свойства в отличие от электромагнитов (их будем изучать позднее), которые можно включать и выключать.

В технике и в лабораторной практике часто используют полосовые (прямые) и подковообразные магниты (рис. 1).

Опыт 1. Положим на стол предметы, изготовленные из разных веществ. Приблизим к ним магнит. Циркуль, гвозди, иглы, стальная пластинка притягиваются к магниту (рис. 2), а резинка, спички, алюминиевая фольга, пластиковые колпачки от ручек останутся лежать на столе.

Предметы, содержащие в себе железо, сталь, никель, чугун или их сплавы, притягиваются магнитом. Эти вещества относят к классу ферромагнетиков (лат. ferrurn - «железо»). Бумага, стекло, пластмасса, медь магнитом не притягиваются.

Магниты могут притягивать предметы через лист картона или стекло (рис. 3).

Опыт 2. На столе лежат гвозди и скрепки. Поднесем к ним магниты. Как видим, больше всего гвозди и скрепки притягиваются к концам магнитов (рис. 4).

Места магнита, где магнитное действие оказывается сильнее, называют полюсами магнита.

Чем дальше от полюсов расположен участок магнита, тем слабее его магнитное действие, тем меньше гвоздей и скрепок к нему притягивается, а в средней части их совсем нет.

Участок магнита, где не проявляется его магнитное действие, называют средней линией магнита.

Опыт 3. Подвесим на нити магнит так, чтобы он был в горизонтальном положении и мог свободно вращаться. Если рядом нет предметов, изготовленных из ферромагнетиков, сильно взаимодействующих с магнитами, то магнит будет всегда занимать одно и то же положение в направлении север-юг (рис. 5). Это связано с тем, что Земля имеет два магнитных полюса. На этом основано действие компаса.

Полюс магнита, направленный на север, называют северным (N, от англ. North), направленный на юг, - южным (S, от англ. South).

Чаще всего демонстрационные и лабораторные магниты, а также магнитные стрелки окрашивают в два цвета: направленный в сторону северного полюса (N) - синий, в сторону южного (S) - красный. Граница окрашивания совпадает со средней линией. Может ли магнит иметь один полюс?

Опыт 4. Разрежем магнит на две части, разделяя южный полюс и северный. В результате получили два магнита, опять с двумя полюсами (рис. 6). Это объясняется тем, что каждый магнит состоит из большого количества маленьких магнитов, всегда имеющих два полюса (рис. 7).

Любой магнит обязательно имеет два полюса: северный и южный.

В технике используют сложные магниты, имеющие четное число чередующихся полюсов (N—S—N—S). Например, магнит велосипедного генератора имеет 8 полюсов (4 северных и 4 южных, рис. 8).

Ориентирование кусков природных магнитов и постоянных искусственных магнитов в направлении с севера на юг свидетельствует о том, что Земля обладает магнитными свойствами. Об этом узнали из данных, собранных в течение многих веков, на протяжении которых мореплаватели и путешественники изучали магнитные свойства Земли в разных географических пунктах. Путешествуя, люди постепенно собрали обширные сведения о направлении стрелки компаса в разных местах земной суши и Мирового океана.

Опыт 5. Поднесем к полюсам магнита магнитную стрелку. Северный полюс стрелки отталкивается от северного полюса магнита и притягивается к южному. Южный полюс стрелки отталкивается от южного полюса и притягивается к северному (рис. 9).

Опыт 6. Поднесем магниты друг к другу северными, а потом южными полюсами. Магниты взаимодействуют между собой, при этом их разноименные полюса притягиваются, а одноименные - отталкиваются.

Положим на карандаши магнит (рис. 10). К магниту приблизим южный (северный) полюс второго магнита. Мы видим, что и теперь магниты взаимодействуют между собой - притягиваются или отталкиваются.

Разноименные магнитные полюса двух магнитов притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Магниты взаимодействуют между собой потому, что вокруг любого магнита существует магнитное поле. С одной стороны, магнитное поле одного магнита действует на второй магнит; с другой - магнитное поле второго магнита действует на первый.

Существование магнитного поля вокруг магнита можно обнаружить разными способами. Один из них заключается в использовании мелких железных опилок (метод спектров).

Опыт 7. Подковообразный магнит накроем куском стекла или картона. На стекло насыпем тонкий слой железных опилок и легонько постучим по стеклу. Под действием магнитного поля магнита железные опилки размещаются рядом с магнитом не беспорядочно, а в виде замкнутых линий, которые называют линиями магнитного поля, или магнитными линиями (рис. 11, а).

Линии магнитного поля — это воображаемые замкнутые линии, которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита (рис. 11, б).

Направление, показывающее северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии в этой точке, магнитная стрелка имеет единственное определенное направление - магнитные линии не пересекаются. Рисунок 12 дает представление о магнитном поле разных магнитов. На рисунке 12, а изображено распределение железных опилок в магнитном поле двух магнитов, направленных друг к другу одноименными полюсами, а на рисунке 12, б - двух магнитов, направленных друг к другу разноименными полюсами.

Еще в 1269 г. француз Пьер Перегрин написал трактат «Послание о магните». В нем были описаны почти все известные на то время свойства

магнитов. Ученый установил, что если стальную спицу потереть природным магнитом, то она станет магнитом, или, как говорят, намагнитится. Такие тела также называют магнитами.

Каждый из вас может сделать магнит у себя дома. Для этого необходимо магнитом провести несколько раз вдоль железного стержня (рис. 13, а). Стержень окажется намагниченным. Так же можно намагнитить отвертку, положив ее на полосовой магнит (рис. 13, б). Она намагнитится и будет притягивать железные предметы (рис. 13, в).

Железные или стальные тела также становятся магнитами, если их поместить в катушку изолированного провода, по которому проходит электрический ток. Что при этом происходит, рассмотрим позднее.

В 1595 г. английский физик Уильям Гильберт изготовил из природного магнита (магнетита, рис. 14) шар и пришел к выводу, что у него есть два полюса, а магнитная стрелка вблизи шара устанавливается в направлении с севера на юг. Тогда ученый предположил, что Земля является большим магнитом (рис. 15). Последующие исследования подтвердили это предположение.

Вокруг Земли существует магнитное поле, которое условно изображают магнитными линиями. В каждой точке однородного магнитного поля магнитные стрелки устанавливаются вдоль магнитных линий, а в неоднородном — по касательным к ним.

На этом явлении основано использование компаса. Каждый компас состоит из магнитной стрелки, свободно вращающейся на оси (рис. 16), и шкалы с нанесенными делениями и сторонами света. Стрелка компаса окрашена в сине-красный цвет или на ней может быть нанесена метка (синий конец и метка указывают северное направление).

Пользоваться компасом первыми начали китайцы более 4 тыс. лет тому назад. На рисунке 17 вы видите такое устройство, а на рисунке 18 -современный компас, его используют моряки на кораблях.

На рисунке 15 схематически изображены магнитные линии поля Земли. Как видно из рисунка, возле Северного географического полюса размещается Южный магнитный полюс, в котором линии сходятся, а возле Южного географического полюса — Северный магнитный полюс, из которого линии расходятся. Согласно исследованиям намагниченности горных пород магнитные полюса, как и магнитное поле Земли, с течением времени перемещаются, причем это перемещение очень сложное.
Магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами.
В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.

Когда активность Солнца повышается, то с его поверхности в космос выбрасываются потоки заряженных частиц. Магнитное поле, образующее эти подвижные частицы, меняет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю. Как следствие нарушается радиосвязь, у людей может ухудшаться самочувствие, на севере наблюдаются полярные сияния и т. п.

Земной магнетизм еще полностью не изучен, поэтому исследованию магнитного поля Земли уделяется большое внимание во время полетов искусственных спутников и космических кораблей. Установлено, что земное магнитное поле надежно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы часто является разрушительным.

Опыт Эрстеда и индукция магнитного поля

Долгое время электрические и магнитные явления рассматривали как независимые.

Впервые связь между ними установил датский физик Ханс Кристиан Эрстед. В 1820 г. в ходе опыта он заметил, что магнитная стрелка, размещенная либо над, либо под проводником (рис. 19, а), при замыкании цепи поворачивается и размещается почти перпендикулярно к проводнику (рис. 19, б).

Если электрическую цепь разомкнуть, то стрелка принимает прежнее положение.

Этот опыт свидетельствует о том, что электрический ток каким-то образом действует на магнитную стрелку. Следовательно, между электрическими и магнитными явлениями существует определенная связь.

В опыте Эрстеда впервые было выявлено магнитное поле тока. Действительно, если проводник с электрическим током действует на магнитную стрелку, то, вероятнее всего, вокруг этого проводника существует магнитное поле.

Вокруг любого проводника с током существует магнитное поле.

Поскольку электрический ток - это направленное движение электрически заряженных частиц, то приходим к выводу, что вокруг любой движущейся заряженной частицы существуют одновременно магнитное поле и электрическое поле. А вокруг неподвижных зарядов - только электрическое поле.

Для исследования магнитного поля тока воспользуемся методом спектров, которым мы выявляли магнитное поле постоянных магнитов.

Опыт 1. Через отверстие в горизонтально размещенном листе картона пропустим вертикальный проводник с током (рис. 20). Картон посыпаем металлическими опилками и замыкаем цепь. В результате видим, что опилки образовали вокруг проводника концентрические окружности. Если опилки заменить магнитными стрелками, то они размещаются так, как показано на рисунке 20, а.

Здесь изображен вид сверху на картон с цепочками опилок. Кружок в центре - поперечное сечение проводника с током. В нем крестиком обозначен ток в направлении за картон (как хвостовое оперение летящей от нас стрелы). Точкой в кружке обозначен ток в направлении из-за картона (как наконечник летящей на нас стрелы).

Из опыта следует, что свойства магнитного поля тока такие же, как у магнитного поля постоянного магнита. Поэтому можно повторить выводы о графическом изображении магнитного поля. При этом необходимо помнить, что его источником могут быть и постоянный магнит, и электрический ток.

Воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле размещаются продольные оси маленьких магнитных стрелок, называют линиями магнитного поля (магнитными силовыми линиями).

Направление, которое показывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление линии магнитного поля. В магнитном поле железные или стальные опилки показывают форму магнитных линий этого поля.

Линии магнитного поля тока — это замкнутые линии, окружающие проводник с током.

Выполним предыдущий опыт, изменив ток в проводнике на противоположное направление. Оказывается, что все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. 20, б). Направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике, на практике его можно установить по правилу буравчика (рис. 20, в).

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением магнитных силовых линий.

Опыт 2. Длинный прямой изолированный провод намотаем на деревянную или пластмассовую катушку. Присоединим ее к источнику тока. В катушке будет проходить электрический ток, а к ее концам притягиваются железные предметы, например винт (рис. 21).

Опыт 3. Подвесим катушку с током на длинных тонких и гибких проводниках. Если рядом нет магнитных материалов или других магнитных полей, то катушка размещается в пространстве так же, как магнитная стрелка компаса: одна сторона катушки поворачивается на север, другая - на юг (рис. 22).

Катушка с током имеет два магнитных полюса: северный N и южный S.

Опыт 4. На пластинку из оргстекла (рис. 23, а) кладем железные опилки, по катушке пропускаем электрический ток. Опилки ориентируются в определенном порядке. Линии магнитного поля катушки с током также являются замкнутыми кривыми. Считают, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (рис. 23, б). Магнитное поле катушки с током подобно магнитному полю полосового магнита (рис. 23, в).

На рисунке 22, б показано, как отталкиваются постоянный магнит и катушка с током, поскольку они размещены одноименными полюсами друг к другу.

Выясним теперь, от чего зависит сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Опыт 5. Прикрепим катушку 1 (рис. 24) к чувствительному динамометру 3, разместив ее внутри неподвижной катушки 2 с сильным постоянным магнитным полем. Пропустим по обеим катушкам токи одинакового направления. Катушка 1 будет втягиваться внутрь катушки 2, пружина динамометра будет растягиваться, измеряя силу взаимодействия токов.

Будем пропускать через катушку 1 токи I, 21, 31 ... . Тогда сила, с которой действует на нее магнитное поле катушки 2, равна соответственно F, 2F, 3F ... . Следовательно, сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, прямо пропорциональна силе тока в проводнике: F ~ I.

Изменяя длину проводника, намотанного на катушку 1, аналогично можно убедиться, что F ~ I, где / -длина проводника, размещенного в магнитном поле.

Кроме того, сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, зависит от свойств самого поля. Эта зависимость характеризуется величиной, получившей название индукции магнитного поля (обозначают буквой В). Чем больше индукция магнитного поля, тем с большей силой оно действует на перпендикулярный проводник с током: F ~ В. Объединяя результаты опытов, получаем:

Из этого соотношения определяем индукцию магнитного поля: Таким образом, индукция магнитного поля определяется силой, с которой магнитное поле действует на проводник длиной 1 м, по которому проходит ток 1 А. Тогда единицей индукции магнитного поля в СИ является:

1 Н/1 А • 1 м = 1 Н/А • м = 1 Тл.
За единицу индукции магнитного поля 1 тесла (1 Тл) принимается индукция такого магнитного поля, которое на каждый 1 м длины проводника с током 1 А действует с силой 1 Н.
Единица индукции магнитного поля названа в честь сербского физика и электротехника Николы Теслы (1856-1943).

Индукция магнитного поля является величиной векторной: она имеет не только числовое значение, но и направление. Определение направления индукции магнитного поля основывается на следующем опытном факте.

Как известно, магнитная стрелка в магнитном поле поворачивается под действием на нее сил. В состоянии покоя эти силы направлены по одной прямой, но в противоположные стороны. Поэтому за направление индукции магнитного поля принимают направление силы, действующей со стороны магнитного поля в направлении северного полюса магнитной стрелки.

Магнитные свойства веществ и гипотеза Ампера

Причину, почему тела имеют магнитные свойства, впервые установил французский ученый Андре Мари Ампер. Под впечатлением от наблюдения за магнитной стрелкой, которая поворачивается вблизи проводника с током в опытах Эрстеда, он предположил, что магнетизм Земли вызывают токи, протекающие внутри земного шара. Следовательно, магнитные свойства тела можно объяснить токами, циркулирующими внутри данного тела. Далее Ампер делает обобщение: магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него. Свидетельством научной смелости Ампера считается его шаг от возможности объяснения магнитных свойств тел токами к категорическому утверждению, что магнитные взаимодействия - это взаимодействия токов.

Согласно гипотезе Ампера, внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи, которые образуются вследствие движения электронов в атомах, каждый атом обладает магнитными свойствами. Если атомы внутри тела ориентированы хаотически вследствие теплового движения, то действия внутриатомных токов взаимно компенсируются, и магнитных свойств тело не проявляет (рис. 25, а). В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия суммируются (рис. 25, б).

Гипотеза Ампера объясняет, почему магнитная стрелка и рамка с током в магнитном поле ведут себя одинаково. Стрелку (постоянный магнит) можно рассматривать как большую сложную совокупность небольших рамок с током, ориентированных одинаково.

В ферромагнетиках (веществах, в состав которых входят Fe, Со, Ni и др.) элементарные магнитики-атомы образуют участки спонтанной (произвольной) намагниченности (с линейными размерами 0,001-0,01 мм), которые называют доменами. В доменах размещается множество одинаково ориентированных атомов, поэтому намагниченность домена максимальна. В ненамагниченном ферромагнетике соседние домены расположены таким образом, что их намагниченности взаимно компенсируются (рис. 26, а). Если образец такого ферромагнетика поместить в магнитное поле постоянного магнита или внутри катушки с током, то под влиянием внешнего магнитного поля атомы в разных доменах преимущественно начинают ориентироваться так, что направление их магнитного поля совмещается с направлением внешнего (рис. 26, б). При этом магнитное поле внутри образца может увеличиться тысячекратно (рис. 26, в). Говорят, что образец стал магнитом.

Если постоянный магнит нагревать, то при определенной температуре (для железа 769 °С) домены разрушаются и его намагниченность утрачивается.

Температуру, при которой ферромагнетик теряет намагниченность, называют температурой, или точкой, Кюри в честь выдающегося французского физика Фредерика Жолио-Кюри, открывшего и исследовавшего это явление.

Магнитные свойства веществ широко применяются. Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество является «омагничивание» воды. Такая вода не создает накипи в паровых котлах, что позволяет использовать ее без дополнительной химической обработки. Бетон, замешанный на такой воде, крепче. Явление усиления магнитного поля магнитными веществами (ферромагнетиками) применяется в различных электротехнических устройствах: электромагнитных кранах, реле, электродвигателях, трансформаторах. Для этого используют специальные сорта электротехнической стали.

Трудно представить себе современную электронику без элементов, изготовленных из искусственных ферромагнетиков - ферритов. Из них изготавливают антенны, сердечники колебательных контуров и трансформаторов. Распространены ферритовые постоянные магниты.

Без магнитных материалов трудно представить методы записи информации. Типичным примером устройства для записи на магнитную пленку был магнитофон. В нем использовали специальную пленку, покрытую тонким шаром ферромагнитного материала. Переменный электрический ток от усилителя подходил к записывающей головке - катушке с ферромагнитным сердечником, в котором была узкая щель. При прохождении переменного тока по катушке в щели головки возникало переменное магнитное поле, магнитная индукция которого также менялась. Сегодня информация в компьютере сохраняется на жестких магнитных дисках. Это металлические диски, с нанесенным слоем вещества, имеющего магнитные свойства.

Магнитные лекарственные препараты содержат магнитный наполнитель. Создание таких препаратов является новым перспективным научным направлением развития современной фармакологии. Среди них можна выделить жидкости, микрокапсулы, пластыри, мази.

Существует несколько направлений использования магнитных жидкостей в медицине и фармакологии: магнитоуправляемые ренгенокон-трастные композиции; искусственные тромбы и магнитные жидкости для закрытия внешних свищей полых органов; магнитоуправляемое транспортирование лекарственных веществ; магнитные жидкости для изготовления искусственных органов; определение скорости кровообращения и микроциркуляции; магнитогидродинамическая сепарация форменных элементов крови, нормальных и злокачественных клеток и др. Магнитные микрокапсулы - это микроконтейнеры, в которые одновременно с лекарственным веществом вводят частицы магнитных материалов. Используются магнитные микроконтейнеры, куда вместе с лекарственными веществами вводят частицы магнетита, для доставки лекарственных веществ в эритроциты. Магнитные пластыри получают путем ввода магнитного наполнителя в пластырную массу, содержащую дополнительные и лекарственные вещества противовоспалительного и болеутоляющего действия. Использование магнитных пластырей эффективно при лечении различных заболеваний. Лечебные магнитные мази используют для лечения в гастроэнтерологии и офтальмохирургии.

Пример №1

Можно ли изготовить магнит с одним полюсом?

Ответ: нет, поскольку магнит может иметь только четное число полюсов (2, 4, 6 и т. д.).

Пример №2

Вспомните, как взаимодействуют магниты, и объясните, где расположены магнитные Северный и Южный полюса Земли.

Ответ: в Северном полушарии все магнитные силовые линии Земли сходятся в точке, расположенной на 70°50' северной широты и 96° западной долготы. Эта точка и является Южным магнитным полюсом Земли. Северный магнитный полюс расположен в Южном полушарии. Его координаты: 70°10' южной широты и 150°45' восточной долготы.

Пример №3

Как с помощью магнитной стрелки определить, намагничена ли стальная спица?

Ответ: необходимо поднести конец спицы к середине стрелки. Если стрелка притягивается, то спица намагничена.

Кстати:

В североамериканских прериях растет небольшое растение - сильфиум, которое называют «живым магнитом». Его широкие листья размещены в одной плоскости, словно их только что вынули из-под пресса, и всегда ориентированы ребрами на север-юг, широкой стороной - на запад-восток. Для путешественников сильфиум служит надежным компасом. В полдень листья растения развернуты ребром к солнцу. Эта необычная особенность защищает растение от знойных солнечных лучей и избыточного испарения влаги.

Самое распространенное «компасное» растение - латук дикий, или латук компасный.

Магнитное поле Земли является ориентиром для улиток. Если на пути моллюска положить магнит, действие которого сильнее воздействия магнитного поля Земли, то, поворачивая магнит в ту или иную сторону, можно изменять направление движения улитки. Известно, что даже мухи в определенной степени ощущают магнитное поле Земли. Немецкий ученый Э. Гюнтер заметил, что в 90 случаях из ста они садятся на горизонтальную поверхность точно в направлении север-юг или восток-запад. Такую же особенность он обнаружил у майских жуков и термитов.
 

Магнитное поле проводника с током. Электромагниты

Открытие Эрстеда ознаменовало начало ряда исследований по электромагнетизму. В 1820 г. Андре-Мари Ампер и Франсуа Араго исследовали магнитное поле катушки. В 1825 г. британский физик Уильям Стерджен заметил, что магнитное поле катушки значительно усиливается, если в середину ее вставить стальной сердечник. Так он изобрел простейший электромагнит.

В 1828 г. Джозеф Генри использовал многослойную обмотку из изолированного провода и получил более мощный электромагнит.

Любой электромагнит состоит из (рис. 32): стального сердечника 1, катушки (обмотки) 2 и якоря 3, который притягивается к сердечнику. Выясним, от чего зависит сила, с которой магнитное поле катушки электромагнита действует на его якорь.

Опыт 1. Замкнем цепь из электромагнита и реостата, с помощью которого будем изменять силу тока в катушках. При определенной силе тока электромагнит удерживает определенный груз (рис. 33 а), а если увеличить силу тока в два раза, то электромагнит может удержать груз приблизительно в два раза тяжелее (рис. 33, б).

Чем больше ток проходит в катушке электромагнита, тем с большей силой притягивается к нему якорь.

Опыт 2. Повторим опыт 1 при начальной силе тока, когда электромагнит удерживал меньший груз. Теперь возьмем катушку, содержащую в два раза больше витков. Убедимся, что в этом случае электромагнит способен удерживать такой же большой груз, как и в опыте 1, когда в два раза увеличили ток.

Чем больше витков в катушке электромагнита, тем с большей силой притягивается к нему якорь.

Итак, «грузоподъемность» электромагнита зависит от «ампер-витков» его обмотки, то есть от произведения силы тока в катушке и количества витков в ней.

Электромагниты широко применяют в технике, быту, медицине и т. п. благодаря своим особенностям: электромагниты быстро размагничиваются, если выключить ток; в зависимости от назначения их изготавливают разных размеров; при работе электромагнита можно регулировать его магнитное действие, изменяя силу тока в обмотке.

Электромагниты имеются в любом телефоне, телевизоре, компьютере, лифте, автомобиле, на морском или воздушном судне, космическом корабле и т. п. На предприятиях применяют электромагнитный подъемный кран для погрузки или разгрузки металлолома (рис. 34). Такой кран удобен тем, что груз не требует никаких креплений. Машинист крана размещает электромагнит например, возле металлолома, включает ток в обмотке - и весь металлический груз крепко «прилипает» к магниту. После выключения тока металлолом просто отпадает от сердечника. С помощью электромагнита поднимают и перемещают массивные объекты, например автомобили перед утилизацией. А электромагнит заводского крана, который используют, например, для перенесения бобин листовой стали, имеет 4 обмотки и может поднять бобину диаметром 2 м и массой 28 т (рис. 35, а).

На рисунке 35, б в разрезе показан магнитный сепаратор для очистки зерна от семян сорняков. В зерно подмешивают измельченные железные опилки, которые не прилипают к гладкому зерну, а только к ворсистым семенам сорняков. При вращении барабана с электромагнитом внутри происходит распределение зерна и семян сорняков с железными опилками.

Если в глаз человека попадают тела, на которые действует магнит, то в больницах для их удаления наряду с постоянными магнитами используют электромагниты. Изменяя силу тока в обмотке, регулируют интенсивность магнитного поля и удаляют постороннее тело с глубины до 2,5 мм.

Магнитная левитация - это технология перемещения, при которой капсула или вагон поднимаются над поверхностью при помощи явления отталкивания одноименных полюсов магнитов. Благодаря этому поезд «летит» над поверхностью, не касаясь ее (рис. 36, а). Отсутствие колес позволяет наземному транспорту развивать неимоверно большие скорости, поскольку не надо преодолевать разнообразные препятствия, например высокие напряжения в материале колес при высокой скорости вращения и возможность их разрушения во время движения.

Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Это поднимает поезд над поверхностью земли.

Горизонтальное перемещение поезда магнитной левитацией тоже происходит за счет электромагнитов, которые управляются автоматикой (рис. 36, б). Она по заданному алгоритму отключает одни и подключает другие магниты. В результате спереди поезда образуется магнитная сила, тянущая его. Чем скорее переключаются магниты, тем большую скорость можно развить. В результате такой транспорт оказывается на 30 % эффективнее колесного на рельсах.

Магнитная левитация дает возможность поездам уже сегодня разгоняться до 600 км/ч. А в планах - преодолеть звуковой барьер (1000 км/ч). Это поможет соединить Евразию и Америку железной дорогой - специалисты уже обсуждают подобный проект под названием «Коридор развития Тихоокеанского региона».

Не менее интересным практическим направлением можно считать широкое применение магнитных подшипников в ключевых узлах механизмов. Их установка решит серьезную проблему износа исходного материала.

Как известно, классические подшипники стираются очень быстро -они постоянно подвержены высоким механическим нагрузкам. В некоторых отраслях необходимость замены этих деталей означает не только дополнительные расходы, но и высокий риск для людей, обслуживающих механизм. Магнитные подшипники сохраняют ресурс во много раз дольше, поэтому их применение целесообразно для любых экстремальных условий. В частности, в атомной энергетике, ветровых технологиях (рис. 36, в) и отраслях, сопровождающихся чрезвычайно низкими и высокими температурами.

Благодаря магнитной левитации были выращены искусственные ткани легкого (рис. 36, г). Несмотря на то что это звучит фантастично, группа ученых под руководством Глук Соуза в 2010 г. наглядно продемонстрировала, что это возможно. Исследователи задались целью в лабораторных условиях вырастить бронхиолу. Для эксперимента использовались крохотные магниты, вводящиеся в клетки. В результате получили реальные синтетически выращенные ткани легких.

Для любознательных:

Наполните железными опилками пробирку и закройте ее так, чтобы опилки были хорошо уплотнены. Вставьте пробирку с опилками в катушку, по которой проходит постоянный электрический ток. Разомкните цепь. С помощью магнитной стрелки убедитесь, что пробирка с опилками имеет свойства постоянного магнита. Объясните намагничивание железных опилок. Откройте пробирку и хорошо встряхните опилки. С помощью магнитной стрелки исследуйте, сохранили ли опилки магнитные свойства. Объясните результаты опыта.

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера

Вам уже известно, что два проводника, по которым проходит электрический ток, взаимодействуют между собой с определенной силой. Это объясняется тем, что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока второго проводника.

Магнитное поле действует с определенной силой на любой проводник с током, размещенный в этом поле. Такую силу называют силой Ампера в честь французского ученого, который исследовал и определил зависимость значения и направления этой силы от условий эксперимента.

Опыт 1. Подвесим на подсоединенных к источнику тока гибких проводниках отрезок толстого медного провода АВ. Разместим его горизонтально между полюсами подковообразного магнита (рис. 38, а). В этом случае проводник АВ будет размещаться в магнитном поле, которое образует вокруг себя магнит. Если замкнуть электрическую цепь, то проводник АВ начнет перемещаться, втягиваясь внутрь магнита (рис. 38, б).

Если изменить направление электрического тока, то проводник АВ будет выталкиваться из магнита (рис. 38, в). Проводник также выталкивается, если поменять местами полюса магнита.

Направление движения проводника в магнитном поле определяется направлением силы Ампера, действующей на него, и зависит от направления тока в проводнике и размещения относительно полюсов магнита.

Направление силы Ампера, действующей на проводник с током, удобно определять с помощью правила левой руки (рис. 38, г).

Если ладонь левой руки разместить так, чтобы четыре выпрямленных пальца указывали направление тока в проводнике, а линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый под прямым углом большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник с током.

Решая задачи для определения силы Ампера, необходимо воспользоваться формулой:

где - сила Ампера, Н; В - индукция магнитного поля, Тл; I - сила тока в проводнике, А; l - длина проводника; а - угол, под которым проводник длиной I, по которому проходит ток, размещен в магнитном поле к вектору магнитной индукции В.

Если а = 90°, то формула приобретает вид:

Практическое значение имеет вращательное движение проводника с током в магнитном поле в качестве механического действия электрического тока. На рисунке 39 изображен прибор, с помощью которого можно осуществлять такое движение. В этом приборе легкая прямоугольная рамка ABCD посажена на вертикальную ось. На рамку намотаны несколько десятков витков провода с изоляцией. Концы катушки соединены с металлическими полукольцами коллектора 2. Один конец провода присоединен к одному полукольцу, а второй - к другому.

К каждому полукольцу прижимается металлическая пластина-щетка 1. Щетки необходимы для подведения тока от источника тока к рамке. Одна щетка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая -с отрицательным.

Вам уже известно, что ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, следовательно, в частях рамки АС и BD он имеет противоположное направление, поэтому эти части проводника будут перемещаться в противоположные стороны, и рамка будет поворачиваться. Присоединенные к ее концам полукольца повернутся вместе с ней, и каждое прижмется к другой щетке, поэтому ток в рамке изменит направление на противоположное. Поскольку после поворота рамки на 180° одновременно поменялись на противоположные относительно нее и направление магнитного поля и направление тока, то направления сил Ампера, действующих на части АС и BD рамки, не изменятся, а рамка продолжит вращаться в том же направлении. Если бы коллектор 2 не переключал автоматически направление тока в рамке на противоположное, то она останавливалась бы после каждого полуоборота.

Электрические двигатели

Вращения катушки с током в магнитном поле используют в электрических двигателях и электроизмерительных приборах.

Без электрических двигателей невозможно представить жизнь современного человека. Вот далеко не полный перечень известных вам устройств, механизмов и машин, в которых используются электрические двигатели: самолет, автомобиль, трактор, трамвай, троллейбус, лифт и т. д.

Существует множество конструкций разных электродвигателей, но мы будем изучать устройство и принцип действия широко распространенного коллекторного электродвигателя (рис. 40). Он состоит из следующих основных узлов:

1. Статор 1 (англ, stator, лат. sto -«стою») является или постоянным магнитом с наконечниками S и N, или электромагнитом. Он составляет единое целое с корпусом электродвигателя. Статор коллекторного двигателя часто называют индуктором. Эта часть двигателя служит для возбуждения магнитного поля.
2. Ротор 2 (лат. roto - «вращаюсь»), или якорь двигателя, - сердечник определенной формы, собранный из листов специальной стали, на который наматывают изолированный провод - обмотку.
3. Концы обмотки припаяны к медным пластинам коллектора, закрепленным на хорошо изолированном барабане на оси ротора.
4. Две угольные щетки специальными пружинами плотно прижимаются к коллекторным пластинам. К щеткам от источника тока подается напряжение для питания электродвигателя.

Принцип работы двигателя рассмотрим на примере простого двигателя (рис. 41, а). К щеткам 1 и 2 подается необходимое для работы электродвигателя напряжение.

При взаимодействии тока, проходящего по обмотке, с магнитным полем статора 6 ротор 5 поворачивается таким образом, что рамка оказывается в вертикальном положении, и тока в ней нет, так как щетки касаются не пластин коллектора 3 и 4, а изоляции между ними. Однако благодаря инерции ротор проходит это положение, и щетки снова касаются коллекторных пластин. Каждые пол-оборота коллектор автоматически переключает полярность напряжения источника на концах обмотки на противоположное, поэтому направление тока в обмотке всегда соответствует вращению ротора в одну сторону.

Электрические двигатели имеют ряд преимуществ. При одинаковой мощности их размеры меньше, чем у тепловых двигателей. Они не выделяют газов, дыма и пара. Электродвигатели можно установить в любом месте. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности. Например, двигатель, изображенный на рисунке 41, б, имеет мощность 890 кВт, работает при напряжении 1400 Вив нем проходит ток 635 А.

Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных для практического применения, изобрел знаменитый электротехник Борис Якоби.

Громкоговоритель — устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство, которое конструктивно имеет одну либо несколько излучающих головок и, по необходимости, акустическое оформление и дополнительные электрические устройства (фильтры, трансформаторы, регуляторы и др.).

Головка громкоговорителя - пассивный электроакустический преобразователь, предназначенный для преобразования электрических сигналов в акустические.

Акустическое оформление - конструктивный элемент, обеспечивающий эффективное излучение звука (акустический экран, ящик, рупор и др.).

Громкоговорители бывают следующих функциональных видов: акустическая система - громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, имеющий высокие характеристики звуковоспроизведения; абонентский громкоговоритель - громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания (рис. 42, а); концертный громкоговоритель, имеющий большую громкость с высоким качеством звукопередачи; громкоговорители для

систем оповещения и систем озвучивания помещений (громкоговорители этих систем похожи по предназначению, несколько отличаются громкостью и качеством звуковоспроизведения); уличный громкоговоритель имеет большую мощность, как правило, рупорное исполнение, в просторечии «колокол» (рис. 42, б); специальные громкоговорители для роботы в экстремальных условиях - противоударные, противовзрывные, подводные и др.

Электродинамический громкоговоритель — громкоговоритель, в котором преобразование электрического сигнала в звук происходит благодаря перемещению катушки с током в магнитном поле постоянного магнита (изредка — электромагнита) с последующим преобразованием полученных механических колебаний в колебания окружающего воздуха при помощи диффузора.

Громкоговорители преобразуют электрический сигнал в звуковые волны, распространяющиеся в воздушной среде, при помощи движущейся механической системы - диффузора 3 (рис. 42, в). Основным рабочим узлом электродинамического громкоговорителя является диффузор, выполняющий преобразование механических колебаний в акустические. Диффузор громкоговорителя приводится в движение силой, действующей на жестко скрепленную с ним катушку 2, расположенную в магнитном поле. В катушке проходит переменный ток, соответствующий аудиосигналу, который должен воспроизвести громкоговоритель. Магнитное поле в громкоговорителе образуется кольцевым постоянным магнитом 1. Катушка под воздействием силы Ампера свободно движется в рамках кольцевого зазора, а ее колебания передаются диффузору, что, в свою очередь, создает акустические колебания, распространяющиеся в воздушной среде. Если увеличивается сила тока, катушка сильнее притягивается к постоянному магниту, если уменьшается - притяжение слабеет, и катушка смещается в противоположном направлении. Если силу тока в катушке менять периодически, она будет отклоняться (двигаться) то в одном, то в другом направлении - колебаться в такт с изменением силы тока. Чем чаще меняется сила тока, тем большей будет частота колебаний катушки. Тело, колеблющееся с частотой от 20 до 20 000 Гц, излучает звуковые волны. Следовательно, если частота колебаний катушки будет изменяться в указанных пределах, то катушка будет источником звука. Громкость и высота тона излучаемого звука будут определяться соответственно амплитудой и частотой колебаний. Именно на колебаниях катушки с переменным током в магнитном поле постоянного магнита базируется действие электродинамического громкоговорителя (динамика) - электроакустического устройства для воспроизведения звука.

Существует несколько систем электро-измерителей магнитного действия:    в приборах электромагнитной системы стрелка-указатель связана с ферромагнитным сердечником, который втягивается в катушку, где проходит измеряемый ток; в приборах магнитоэлектрической системы указатель связан с легкой рамкой с током, который вращается в поле магнита на угол, пропорциональный значению этого тока; в приборах электродинамической системы алюминиевый диск вращается в магнитном поле переменного тока.

Рассмотрим подробнее устройство и действие наиболее распространенных приборов магнитоэлектрической системы.

Они состоят из подковообразного магнита 1 (рис. 43), возле полюсов которого размещаются наконечники 6, между которыми на двух полуосях вращается легкая алюминиевая рамка 3. На рамку наматывают тонкий изолированный проводник. Для усиления магнитного поля в пространстве между полюсами размещают неподвижный железный цилиндр 2.

К передней полуоси рамки прикрепляют легкую алюминиевую стрелку 4. Концы проводника, намотанного на рамку, припаивают к двум пружинам 5, по которым подается ток к обмотке рамки.

При прохождении тока по обмотке рамки Чем больше сила тока проходит через рамку, тем на больший угол поворачивается стрелка. Если электрическую цепь разомкнуть, то пружины под действием сил упругости, возникающих при повороте рамки, возвращают стрелку в нулевое положение шкалы 7.

С помощью приборов магнитоэлектрической системы можно измерять такие электрические величины, как сила тока, напряжение.

• Заказать решение задач по физике

Пример №4

В произведении французского физика Франсуа Араго «Гром и молния» приводится много случаев перемагничивания компасной стрелки, намагничивания стальных предметов под действием молнии. Как можно объяснить эти явления?

Ответ: молния - искровой разряд. Вокруг нее возникает сильное магнитное поле, которое действует на стальные предметы, намагничивая и перемагничивая их.

Пример №5

Объясните результаты опыта (рис. 44).

Ответ: если электрическая цепь не замкнута, все магнитные стрелки размещаются в направлении север-юг. Если цепь замкнуть, вокруг проводника с током возникает магнитное поле, катушка становится магнитом, и поэтому магнитные стрелки взаимодействуют с ней.

Пример №6

Рамка с током размещена между полюсами подковообразного магнита так, что ее плоскость перпендикулярна линиям магнитного поля. Будет ли поворачиваться рамка?

Ответ: нет, поскольку в этом случае у рамки отсутствует вращательный момент.

Явление электромагнитной индукции. Опыты фарадея

Вам уже известно, что электрическое поле возникает вокруг электрических зарядов, а магнитное - вокруг постоянных магнитов и постоянных электрических токов, которые проходят в неподвижных проводниках. Однако интереснее оказались исследования явлений в электрических и магнитных полях, изменяющихся с течением времени. Они начались после того, как в 1820 г. Эрстед открыл явление возникновения магнитного поля вокруг проводника с током.

Если электрический ток создает магнитное поле, то логично предположить существование обратного явления: возникновение электрического тока в проводнике при помещении его в магнитное поле. Многочисленные попытки обнаружить явление не принесли ожидаемых результатов. В неподвижных замкнутых проводниках, помещенных в наиболее мощные на то время магнитные поля, электрический ток не возникал.

В 1831 г. выдающийся английский физик Майкл Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции, ставшее почвой для создания всей современной электротехники и радиотехники. Его нельзя было предсказать на основе известных в то время сведений о магнитных полях и электрических токах. Выяснилось, что электрический ток все-таки возникает в неподвижном замкнутом проводнике, помещенном в магнитное поле, но лишь при изменении этого магнитного поля.

Опыты Фарадея, которые привели к открытию явления электромагнитной индукции, достаточно просты, их легко провести в условиях школы.

Опыт 1. Присоединим к гальванометру длинный гибкий проводник и поместим его между полюсами магнита (рис. 58). Если проводник и магнит неподвижны, то тока в проводнике нет. При перемещении проводника гальванометр сразу фиксирует в нем наличие тока.

Если при перемещении проводника в одном направлении стрелка гальванометра отклоняется, например вправо, то при движении в обратном направлении стрелка будет отклоняться влево, что свидетельствует об изменении направления тока в проводнике.

Ток в проводнике возникает и в случае перемещения магнита относительно проводника.

Опыт 2. Присоединим к гальванометру катушку. Если в эту катушку вводить или выводить магнит (рис. 59), то гальванометр также будет фиксировать возникновение электрического тока в цепи. Если магнит неподвижен - тока нет.

Опыт 3. Закрепим полосовой магнит в штативе и наденем катушку, присоединив ее к гальванометру, на магнит (рис. 60). В катушке снова возникает электрический ток. Этот ток протекает только при движении катушки относительно магнита и изменяет свое направление при изменении направления движения катушки.

Опыт 4. Замкнем катушку 2 через гальванометр и вставим в нее катушку 1, которую можно присоединить к источнику тока (рис. 61). В момент замыкания цепи катушки 1 стрелка гальванометра отклоняется, то есть при изменении (возникновении) магнитного поля катушки 1 по катушке 2 протекает электрический ток. Но после установления в катушке 1 тока магнитное поле перестает меняться, ток в катушке 2 исчезает -стрелка гальванометра устанавливается на нуле.

Разомкнем цепь катушки. При исчезновении в ней тока, а вместе с ним и его магнитного поля, стрелка гальванометра отклоняется в противоположную сторону. Это означает, что в катушке 2 возникает электрический ток, направление которого обратно тому, который проходил при замыкании катушки 1. В этих опытах при замыкании цепи катушки 1 возникает магнитное поле, а при размыкании - исчезает. В результате таких изменений магнитного поля в катушке возникает переменный ток, который называют индукционным. В цепь катушки 1 можно включить реостат, и им изменять силу тока в цепи. Легко убедиться, что при увеличении силы тока в цепи катушки 1 в катушке 2 возникает индукционный ток одного направления, а при уменьшении - ток противоположного направления. В результате изменения силы тока в катушке 1 меняется и магнитное поле тока, при этом в катушке 2 возникает индукционный ток.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре, который либо неподвижен в переменном магнитном поле, либо перемещается в постоянном магнитном поле так, что количество линий магнитной индукции, которые пересекают плоскость, ограниченную контуром, меняется, называют электромагнитной индукцией.

Индукционный ток — электрический ток, возникающий в проводящем контуре при изменении индукции магнитного поля через этот контур вследствие явления электромагнитной индукции.

Из данных примеров следует, что индукционный электрический ток возникает при изменении в пространстве или во времени интенсивности магнитного поля, линии которого окружают проводник замкнутого контура. Изучая свойства электромагнитов, мы узнали, что интенсивность магнитного поля катушки с током можно менять, регулируя в ней силу тока. Видим, что такие изменения можно выполнить разными способами.

Нам известно, что графически магнитное поле изображают с помощью магнитных линий. Оказалось, что в местах поля, где его интенсивность меньше, линии проходят реже, а где больше, - размещаются гуще. Поля с переменными плотностью и направлением линий называют неоднородными. Если плотность и направление линий постоянны, то есть магнитные линии параллельны, а расстояния между соседними линиями одинаковы, то такое поле называют однородным. К однородным приближаются магнитные поля внутри длинной катушки с током или в пространстве между широкими полюсами постоянных магнитов.

Оказалось, что в замкнутом проводящем контуре индукционный ток возникает только при изменении плотности магнитных линий, пронизывающих этот контур. При этом чем больше скорость изменения магнитного поля, тем больше значение индукционного тока. Проводник, перемещаясь, обязательно должен пересекать магнитные линии. Если проводник контура движется вдоль магнитных линий, или катушка перемещается поступательно в однородном магнитном поле, то индукционный ток не возникает.

Индукционный ток, возникающий в проводнике, может иметь разные направления. Опыты и наблюдения показывают, что направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле, зависит от направления линий магнитного поля и направления движения проводника.

На практике направление индукционного тока в подвижном проводнике определяют по правилу правой руки (рис. 62).

Если ладонь правой руки разместить так, чтобы в нее входили линии магнитного поля, а отведенный под прямым углом большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца руки укажут направление индукционного тока в проводнике.

Генераторы индукционного тока

Генераторами электрической энергии (рис. 63, а) называют электрические машины, которые превращают механическую энергию в электрическую. Различают генераторы постоянного и переменного тока. Первые предназначены для питания потребителей электрической энергии постоянным током, а вторые - переменным.

Генераторы постоянного тока широко применяются в современной электротехнике. Например, в технике больших токов генераторы постоянного тока используются в трамваях, на электрических железных дорогах и в других специальных электротехнических установках, где переменный ток использовать нельзя.

Генератор переменного тока - электрическая машина, в которой механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления электромагнитной индукции. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Технический индукционный генератор устроен следующим образом.

Если виток разрежем и концы его соединим с концами внешней цепи с помощью двух изолированных друг от друга колец, по которым скользят щетки внешней цепи (рис. 63, б), то получим схему простейшего генератора.

На рисунке 64 изображена простейшая схема генератора переменного тока. Если цепь замкнуть, то в ней будет проходить переменный индукционный ток. С внешней цепью рамка соединяется кольцами, закрепленными на одной оси с рамкой. За один оборот рамки полярность щеток изменяется дважды. Чтобы увеличить напряжение, которое снимают с клемм генератора, на рамки наматывают много витков. Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а магнитная система вращается. Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную - ротором. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, которое он создает, при этом в проводниках статора индуцируется ток. Электрогенераторы, работающие с гидротурбинами, называют гидрогенераторами, а работающие с паровыми турбинами, - турбогенераторами.

В качестве энергоносителей люди использовали древесину, движущую силу воды, энергию Солнца и т. д. В наше время основными энергоносителями стали углеводы и соединения (нефть, газ, уголь) и ядерное топливо. Альтернативными энергоисточниками рассматриваются энергия Солнца, геотермическая энергия Земли, водород, термоядерная энергия.

Существенные изменения структура топливно-энергетического баланса мирового хозяйства испытала на протяжении последних ста лет.

Если в первой половине XX в. в энергобалансе мирового хозяйства преобладал уголь и имели важное значение дрова, то в последние десятилетия ведущую роль играют нефть и газ. Несколько десятилетий на их долю приходилось 3/5 объема энергопотребления. По прогнозам специалистов, в XXI в. их часть снизится, в то же время сохранит значение потребление угля и несколько увеличится роль ядерной энергетики и нетрадиционных (альтернативных) источников энергии.

Уровень развития электроэнергетики - один из важнейших показателей научно-технического прогресса. Объемы производства электроэнергии и ее производство на душу населения опосредованно определяют экономический потенциал и экономический уровень развития страны.

Невзирая на гидроэнергетическое строительство (рис. 65) во всем мире, роль ГЭС в энергоснабжении постоянно уменьшается. Это объясняется большими темпами сооружения ТЭС (рис. 66), которые работают на минеральном топливе.

По производству электроэнергии первенство в мире - у теплоэнергетики. Теплоэлектростанции, работающие на разных видах топлива, размещаются специфически. В странах, ведущих большие разработки угля, мощные конденсационные электростанции, использующие его, привязаны именно к этим разработкам.

Атомная энергетика стала отдельной отраслью после Второй мировой войны. Сегодня она играет важную роль в электроэнергетике многих стран мира. Атомные электростанции (АЭС) используют транспортабельное топливо - уран, их размещают независимо от топливно-энергетического фактора и ориентируют на потребителей в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом (рис. 67).

Ветряные электростанции (ВЭС) используют энергию ветра, которая вращает ротор генератора (рис. 68).

Гелиоэлектростанции (ГелиоЭС) преобразуют энергию Солнца в электрическую энергию (рис. 69).

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) преобразуют тепловую энергию Земли в электрическую (рис. 70).

Пример №7

Если разместить проволочный прямоугольник в плоскости магнитного меридиана и перемещать его в этой плоскости, будет ли в нем возникать индукционный ток?

Ответ: нет, поскольку стороны прямоугольника не пересекают магнитных линий магнитного поля Земли.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА:

Майкл Фарадей (1791-1867) - английский физик, член Лондонского королевского общества. Родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Из-за бедности не получил системного образования. Слушая публичные лекции Гемфри Дэви, попросил взять его на работу в Королевский институт. Работал в институте с 1813 г.

В 1825 г. возглавил лабораторию в Королевском институте, с 1827 г. работал профессором кафедры химии.

Выполнил фундаментальные исследования по электромагнетизму. Поставил перед собой задачу «преобразовать магнетизм в электричество» и получить электрический ток из магнитного поля.

В 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции.

Фарадей детально исследовал явления электромагнитной индукции и самоиндукции, высказал предположение, что электрические и магнитные действия не передаются от тела к телу непосредственно, а переносятся в диэлектрической среде, размещенной между ними.

В 1833-1834 гг. открыл законы электролиза и ввел основную терминологию этого явления. Ввел понятия электрического и магнитного поля, сформулировал понятие об электрических и магнитных силовых линиях. После исследований Фарадея материю начали рассматривать не только в форме вещества, но и в форме поля. В 1843 г. экспериментально доказал закон сохранения электрического заряда. Сделал открытия в области магнетизма (1845) и действия магнитного поля на свет (1846).