На данном уроке, тема которого: «Электромагнитное поле», мы обсудим понятие «электромагнитное поле», особенности его проявления и параметры этого поля.
Мы разговариваем по мобильному телефону. Как передается сигнал? Как передается сигнал от космической станции, улетевшей к Марсу? В пустоте? Да, вещества может не быть, но и это не пустота, есть нечто другое, через что передается сигнал. Это нечто назвали электромагнитным полем. Это прямо не наблюдаемый, но реально существующий объект природы.
Если звуковой сигнал - это изменение параметров вещества, например воздуха (рис. 1), то радиосигнал - это изменения параметров ЭМ-поля.
Рис. 1. Распространение звуковой волны в воздухе
Слова «электрический» и «магнитный» нам понятны, мы уже изучили отдельно электрические явления (рис. 2) и магнитные явления (рис. 3), но почему тогда мы ведем речь об электромагнитном поле? Сегодня мы в этом разберемся.
Рис. 2. Электрическое поле
Рис. 3. Магнитное поле
Примеры электромагнитных явлений.
В микроволновке создаются сильные, а главное - очень быстро изменяющиеся электромагнитные поля, которые действуют на электрический заряд. А как мы знаем, в атомах и молекулах веществ содержится электрический заряд (рис. 4). Вот на него и действует электромагнитное поле, заставляя молекулы быстрее двигаться (рис. 5) - увеличивается температура и еда нагревается. Такую же природу имеют рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, видимый свет.
Рис. 4. Молекула воды является диполем
Рис. 5. Движение молекул, имеющих электрический заряд
В микроволновке электромагнитное поле сообщает веществу энергию, которая идет на нагревание, видимый свет сообщает рецепторам глаза энергию, которая идет на активацию рецептора (рис. 6), энергия ультрафиолетовых лучей идет на образование меланина в коже (появление загара, рис. 7), а энергия рентгеновских лучей заставляет чернеть пленку, на которой вы можем увидеть изображение своего скелета (рис. 8). Электромагнитное поле во всех этих случаях имеет разные параметры, поэтому и оказывает разное воздействие.
Рис. 6. Условная схема активации рецептора глаза энергией видимого света
Рис. 7. Загар кожи
Рис. 8. Почернение пленки при рентгене
Так что с электромагнитным полем мы сталкиваемся намного чаще, чем кажется, и уже давно привыкли к явлениям, которые с ним связаны.
Итак, нам известно, что электрическое поле возникает вокруг электрических зарядов (рис. 9). Здесь всё понятно.
Рис. 9. Электрическое поле вокруг электрического заряда
Если электрический заряд движется, то вокруг него, как мы изучали, возникает магнитное поле (рис. 10). Здесь уже возникает вопрос: движется электрический заряд, вокруг него есть электрическое поле, при чем здесь магнитное поле? Еще один вопрос: мы говорим «заряд движется». Но ведь движение относительно, и он может в одной системе отсчета двигаться, а в другой - покоиться (рис. 11). Значит, в одной системе отсчета магнитное поле будет существовать, а в другой нет? Но поле не должно существовать или не существовать в зависимости от выбора системы отсчета.
Рис. 10. Магнитное поле вокруг движущегося электрического заряда
Рис. 11. Относительность движения заряда
Дело в том, что есть единое электромагнитное поле, и источник у него единый - электрический заряд. Оно имеет две составляющие. Электрическое и магнитное поля - это отдельные проявления, отдельные компоненты единого электромагнитного поля, которые проявляются по-разному в разных системах отсчета (рис. 12).
Рис. 12. Проявления электромагнитного поля
Можно выбрать систему отсчета, в которой будет проявляться только электрическое поле, или только магнитное поле, или оба сразу. Однако нельзя выбрать систему отсчета, в которой и электрическая, и магнитная составляющая будет нулевой, то есть в которой электромагнитное поле перестанет существовать.
В зависимости от системы отсчета мы видим либо одну составляющую поля, либо другую, либо их вместе. Это как движение тела по окружности: если посмотреть на такое тело сверху, увидим движение по окружности (рис. 13), если со стороны - увидим колебания вдоль отрезка (рис. 14). В каждой проекции на ось координат круговое движение - это колебания.
Рис. 13. Движение тела по окружности
Рис. 14. Колебания тела вдоль отрезка
Рис. 15. Проекция круговых движений на ось координат
Другая аналогия - проецирование пирамиды на плоскость. Ее можно спроецировать в треугольник или квадрат. На плоскости это совершенно разные фигуры, но все это - пирамида, на которую смотрят с разных сторон. Но нет такого ракурса, при взгляде с которого пирамида исчезнет совсем. Она только будет выглядеть более похожей на квадрат или треугольник (рис. 16).
Рис. 16. Проекции пирамиды на плоскость
Рассмотрим проводник с током. В нем отрицательные заряды скомпенсированы положительными, электрическое поле вокруг него равно нулю (рис. 17). Магнитное поле не равно нулю (рис. 18), возникновение магнитного поля вокруг проводника с током мы рассматривали. Выберем систему отсчета, в которой электроны, образующие электрический ток, будут неподвижны. Но в этой системе отсчета относительно электронов будут двигаться положительно заряженные ионы проводника в обратную сторону: все равно возникает магнитное поле (рис. 18).
Рис. 17. Проводник с током, у которого электрическое поле равно нулю
Рис. 18. Магнитное поле вокруг проводника с током
Если бы электроны были в вакууме, в этой системе отсчета вокруг них возникало бы электрическое поле, ведь они не скомпенсированы положительными зарядами, однако магнитного поля не было бы (рис. 19).
Рис. 19. Электрическое поле вокруг электронов, находящихся в вакууме
Рассмотрим другой пример. Возьмем постоянный магнит. Вокруг него есть магнитное поле, но электрического нет. Действительно, ведь электрическое поле протонов и электронов компенсируется (рис. 20).
Рис. 20. Магнитное поле вокруг постоянного магнита
Возьмем систему отсчета, в которой магнит движется. Вокруг движущегося постоянного магнита возникнет вихревое электрическое поле (рис. 21). Как его выявить? Поместим на пути магнита металлическое кольцо (неподвижное в данной системе отсчета). В нем возникнет ток - это хорошо нам известное явление электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока возникает электрическое поле, приводящее к движению зарядов, к появлению тока (рис. 22). В одной системе отсчета электрического поля нет, а в другой оно проявляется.
Рис. 21. Вихревое электрическое поле вокруг движущегося постоянного магнита
Рис. 22. Явление электромагнитной индукции
Магнитное поле постоянного магнита
В любом веществе электроны, которые вращаются вокруг ядра, можно представлять как маленький электрический ток, который протекает по окружности (рис. 23). Значит, вокруг него возникает магнитное поле. Если вещество не магнитится, значит, плоскости вращения электронов направлены произвольно и магнитные поля от отдельных электронов компенсируют друг друга, так как направлены хаотично.
Рис. 23. Представление вращения электронов вокруг ядра
В магнитных веществах как раз-таки плоскости вращения электронов ориентированы примерно одинаково (рис. 24). Поэтому магнитные поля от всех электронов складываются, и получается уже ненулевое магнитное поле в масштабе целого магнита.
Рис. 24. Вращение электронов в магнитных веществах
Вокруг постоянного магнита существует магнитное поле, а точнее магнитная составляющая электромагнитного поля (рис. 25). Можем ли мы найти такую систему отсчета, в которой магнитная составляющая обнуляется и магнит теряет свои свойства? Все-таки нет. И правда, электроны вращаются в одной плоскости (смотри рис. 24), в любой момент времени скорости электронов не направлены в одну и ту же сторону (рис. 26). Так что невозможно найти систему отсчета, где они все замрут и магнитное поле пропадет.
Рис. 25. Магнитное поле вокруг постоянного магнита
Таким образом, электрическое и магнитное поля - это разные проявления единого электромагнитного поля. Нельзя сказать, что в конкретной точке пространства есть только магнитное или только электрическое поле. Там может быть и одно, и другое. Все зависит от системы отсчета, из которой мы рассматриваем эту точку.
Почему же мы до этого говорили отдельно об электрическом и о магнитном полях? Во-первых, так сложилось исторически: люди давно знают о магните, люди давно наблюдали наэлектризованный о янтарь мех, и никто не догадывался, что эти явления имеют одну природу. А во-вторых, это удобная модель. В задачах, где нас не интересует взаимосвязь электрической и магнитной составляющих, их удобно рассматривать отдельно. Два покоящихся заряда в данной системе отсчета взаимодействуют через электрическое поле - мы применяем к ним закон Кулона, нас не интересует, что эти же электроны могут в какой-то системе отсчета двигаться и создавать магнитное поле, и мы успешно решаем задачу (рис. 27).
Рис. 27. Закон Кулона
Действие магнитного поля на движущийся заряд рассматривается в другой модели, и она тоже в рамках своей применимости отлично работает при решении ряда задач (рис. 28).
Рис. 28. Правило левой руки
Постараемся понять, как взаимосвязаны составляющие электромагнитного поля.
Стоит отметить, что точная связь достаточно сложна. Ее вывел британский физик Джеймс Максвелл. Он вывел знаменитые 4 уравнения Максвелла (рис. 29), которые изучаются в вузах и требуют знания высшей математики. Мы их изучать, конечно, не будем, но в нескольких простых словах разберемся, что они означают.
Рис. 29. Уравнения Максвелла
Опирался Максвелл на работы другого физика - Фарадея (рис. 30), который просто качественно описал все явления. Он делал рисунки (рис. 31), записи, которые очень помогли Максвеллу.
Рис. 31. Рисунки Майкла Фарадея из книги «Электричество» (1852)
Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (рис. 32). Вспомним, в чем оно заключается. Переменное магнитное поле порождает ЭДС индукции в проводнике. Иными словами, переменное магнитное поле (да, в данном случае - не электрический заряд) порождает электрическое поле. Это электрическое поле является вихревым, то есть линии его замкнуты (рис. 33).
Рис. 32. Рисунки Майкла Фарадея к опыту
Рис. 33. Возникновение ЭДС индукции в проводнике
Кроме того, мы знаем, что магнитное поле порождается движущимся электрическим зарядом. Правильнее будет сказать, что оно порождается переменным электрическим полем. При движении заряда электрическое поле в каждой точке изменяется, и это изменение порождает магнитное поле (рис. 34).
Рис. 34. Возникновение магнитного поля
Можно заметить появление магнитного поля между обкладок конденсатора. Когда он заряжается или разряжается, между пластин возникает переменное электрическое поле, что в свою очередь порождает магнитное поле. В данном случае линии магнитного поля будут лежать в плоскости, перпендикулярной линиям электрического поля (рис. 35).
Рис. 35. Появление магнитного поля между обкладок конденсатора
А теперь посмотрим на уравнения Максвелла (рис. 29), ниже дана для ознакомления небольшая их расшифровка.
Значок - дивергенция - это математический оператор, он выделяет ту составляющую поля, которая имеет источник, то есть линии поля на чем-то начинаются и заканчиваются. Посмотрите на второе уравнение: эта составляющая магнитного поля равна нулю : линии магнитного поля ни на чем не начинаются и не заканчиваются, магнитного заряда не существует. Посмотрите на первое уравнение: такая составляющая электрического поля пропорциональна плотности заряда . Электрическое поле создается электрическим зарядом .
Наиболее интересны следующих два уравнения. Значок - ротор - это математический оператор, выделяющий вихревую составляющую поля. Третье уравнение означает, что вихревое электрическое поле создается изменяющимся во времени магнитным полем ( - это производная, которая, как вы знаете из математики, означает скорость изменения магнитного поля). То есть речь идет об электромагнитной индукции.
Четвертое уравнение показывает, если не обращать внимания на коэффициенты пропорциональности: вихревое магнитное поле создается изменяющимся электрическом полем , а также электрическим током ( - плотность тока). Речь идет о том, что мы хорошо знаем: магнитное поле создается движущимся электрическим зарядом и .
Как видите, переменное магнитное поле может порождать переменное электрическое, а переменное электрическое поле в свою очередь порождает переменное магнитное и так далее (рис. 36).
Рис. 36. Переменное магнитное поле может порождать переменное электрическое, и наоборот
В результате в пространстве может образовываться электромагнитная волна (рис. 37). Эти волны имеют разные проявления - это и радиоволны, и видимый свет, ультрафиолет и так далее. Об этом поговорим на следующих уроках.
Рис. 37. Электромагнитная волна
Список литературы
- Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учрежде-ний. - М.: Дрофа, 2005.
- Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 2010.
- Интернет портал «studopedia.su» ()
- Интернет портал «worldofschool.ru» ()
Домашнее задание
- Можно ли обнаружить магнитное поле в системе отсчета, связанной с одним из равномерно движущихся электронов в потоке, который создается в кинескопе телевизора?
- Какое поле возникает вокруг электрона, движущегося в данной системе отсчета с постоянной скоростью?
- Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного янтаря, заряженного статическим электричеством? Вокруг движущегося? Ответы обоснуйте.
Краткий конспект 8 класс
Тепловые явления
Температура тела зависит от скорости движения молекул.
Беспорядочное движение молекул называют тепловым движением.
Внутренняя энергия – это сумма потенциальной и кинетической энергии всех молекул, из которых состоит вещество.
Внутренняя энергия не зависит от мех. движения тела или его положения относительно других тел.
При повышении t˚ увеличивается.
Меняется 2-мя способами :
1. Путем совершения работы;
2. Путем теплообмена (теплопередачи)
Теплопередача:
1. Теплопроводность – передача E от одной части тела к другой в результате теплового движения молекул (тв. тела)
2. Конвекция – перемещение самого вещества в жидкостях и газах. (жидкость и газ)
3. Излучение – испускание лучей (не нужна среда, возможно в вакууме)
Количество теплоты – энергия, получаемая или отдаваемая телом при теплопередачи.
Процессы:
I. Нагревание или охлаждение (не меняя агрегатного состояния вещества)
m – масса
Изменение температуры
c – удельная теплоемкость, численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить каждому кг данного вещества, чтобы повысить его t˚ на 1˚С.
II. Сгорание топлива
m – масса
q – удельная теплота сгорания топлива – физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полной сгорании топлива массой 1 кг.
3. Парообразование (испарение, кипение)
| |
| |
5. Десублимация
6. Сублимация (возгонка)
III. Плавление и кристаллизация
процесс плавления или кристаллизации осуществляется на горизонтальном участке графика АВ при постоянной температуре, называемой температурой плавления.
(табличная величина)
Этот график представлен на примере плавлении льда.
Точка А – только лед
Промежуток АВ – лед с водой
Точка В – только вода
Плавление – Q подводится системе
Кристаллизация – Q отводится от системы
m – масса
λ – удельная теплота плавления показывает какое количество теплоты необходимо передать каждому кг вещества, взятому при температуре плавления, чтобы его полностью расплавить.
IV. Парообразование и конденсация
процесс парообразования или конденсации осуществляется на горизонтальном участке графика АВ при постоянной температуре, называемой температурой кипения.
(табличная величина)
Этот график представлен на примере кипения воды.
Точка А – только вода
Участок АВ – вода и ее пар
Точка В – только пар
Парообразование – Q подводится системе
Конденсация – Q отводится от системы
m – масса
L – удельная теплота парообразования показывает какое количество теплоты необходимо сообщить каждому кг жидкости, взятой при температуре кипения, чтобы обратить жидкость в пар.
Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. (сколько молекул переходит из жидкости в пар, столько же и переходит обратно, из пара в жидкость.)
ü Абсолютная влажность воздуха – плотность водяного пара в воздухе.
ü Относительная влажность воздуха – отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при той же температуре.
Точка росы – температура, при которой пар становится насыщенным.
Гигрометр и психрометр – приборы для измерения влажности воздуха.
Тепловые двигател и – это машины, в которых происходит превращение внутренней энергии топлива в механическую энергию.
КПД – отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя.
Электрические явления
Электростатика – раздел, изучающий покоящиеся заряды.
Наэлектризованные тела или притягиваются или отталкиваются.
Физическая величина, характеризующая степень электризации тела, называется электрическим зарядом.
Способы электризации:
1) Соприкосновение (трение)
2) Касание
3) Через влияние
Условно считают, что стеклянная палочка, потертая о шелк – заряжается положительно , а эбонитовая палочка, потертая о шерсть – отрицательно.
Одноименно заряженные тела всегда отталкиваются, разноименно заряженные тела – притягиваются.
Вокруг заряженного тела (или неподвижного заряда) существует электрическое поле . При взаимодействии полей возникают кулоновские силы.
И – заряды в Кл
– расстояние между зарядами
k – коэффициент
Расчет силы кулона возможно для трех случаев
:
1. Взаимодействие двух заряженных сфер (r – от центра до центра)
2. Взаимодействие заряженной сферы и точечного заряда (заряженное тело, размерами которого можно пренебречь)
3. Взаимодействие двух точечных зарядов
Электроскоп – прибор для измерения электрического заряда.
Электрический ток – направленное и упорядоченное движение заряженных частиц. (в металлах – движение электронов)
Все вещества по проводимости эл. тока делятся на 3 группы:
1) Проводники (металлы, растворы – содержат в обычных условиях достаточно много заряженных частиц)
2) Полупроводники – вещества, содержащие свободные заряженные частицы в меньшей степени (германий, кремний)
3) Диэлектрики (непроводники) – не имеют свободных заряженных частиц – резина, эбонит, дистиллир. вода.
Изолятор – тело, изготовленное из диэлектрика.
Электрон – частица с наименьшим отрицательным зарядом.
Центр – ядро (массивное и положительное): протоны(+) и нейтроны(0)
Вокруг ядра – электроны (легкие и отрицательные)
Нормальное состояние – нейтральный атом – кол-во протонов = кол-во электронов
Положительный ион – атом, потерявший один или несколько электронов
Отрицательный ион – атом, присоединивший лишний электрон
Условия возникновения электрического тока:
1) проводник
2) наличие электрического поля
3) источник тока – устройство, в котором происходит разделение зарядов
4) 
замкнутая электрическая цепь
Эл. цепь состоит:
ü источника тока
ü потребителей
ü подводящих проводов
ü измерительных приборов
Амперметр – это прибор для измерения силы тока в цепи; включается последовательно!
Вольтметр – это прибор для измерения напряжения в цепи или на ее участке; включается параллельно!
Сила тока – физическая величина, определяемая количеством или величиной заряда, протекающего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ампер
Напряжение – физическая величина, численно равная отношению работы, которую совершает электрическое поле при перемещении заряда, к величине этого заряда. Вольт
Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.
Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника в большей или меньшей степени влиять на прохождение заряда.
l – длина проводника
S – площадь поперечного сечения проводника
– удельное сопротивление (зависит от материала проводника) дается в таблицах!
Закон Ома для участка цепи:
Величина R
– постоянная для данного проводника => не зависит от I и U.
Реостат – прибор для регулирования силы тока в цепи.
| Последовательное соединение проводников | Параллельное соединение проводников |
  |   |
Работа электрического тока
Мощность электрического тока – физическая величина, характеризующая быстроту совершаемой работы.
Или – на практике
Закон Джоуля-Ленца: (нагревание проводника)
Короткое замыкание – соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлению участка цепи.
Электромагнитные явления
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся зарядов.
Движущиеся заряды (заряженные частицы) – источник магнитного поля
Изобразить м.п. можно с помощью магнитных (силовых) линий. Магнитные линии замыкаются сами на себя (не имеют начала и конца) или идут из бесконечности в бесконечность.
Магнитное поле проводника с током:
Для определения направления линий м. поля пользуются 2-мя правилами:
1) правило буравчика
Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращательное движение рукоятки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля.
2) правило обхвата правой руки
если большой палец правой руки направить по направлению тока, то 4 пальца покажут направление линий магнитного поля.
Магнитное поле катушки с током:
Внутри катушки линии параллельны и не пересекаются. Всегда идут с севера на юг. Направление тока указывает на северный полюс.
Определить направление линий магнитного поля внутри катушки можно с помощью правила правой руки:
Если 4 пальца правой руки направить по направлению тока в витках катушки (обхватить катушку по току), то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри катушки.
Катушка с сердечником внутри называется – электромагнитом.
Постоянные магниты:
Магнитное поле постоянного магнита обусловлено кольцевыми токами Ампера. (вращение электронов в атомах вещества в одном направлении)
Магнитные полюса Земли не совпадают с её географическими полюсами.
Северный магнитный полюс – N (южный геогр. полюс)
Южный магнитный полюс – S (северный геогр. полюс)
Силовая характеристика магнитного поля –
вектор магнитной индукции B.
Вектор представляет собой касательную к линиям магнитного поля и направлен так же как и линии магнитного поля.
Действие магнитного поля на помещенные в него тела:
| Проводник с током | Заряженная частица |
| Правило левой руки | |
| Сила Ампера | Сила Лоренца |
| I – сила тока в проводнике B – магнитная индукция l – длина проводника, которая находится в м.п. | q – заряд частицы (по модулю) Кл V – скорость частицы B – магнитная индукция |
 |  |
| Если левую руки расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а 4 пальца указывали на направление тока в проводнике, то отставленный на 90˚ большой палец покажет направление силы Ампера. | Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а 4 пальца указывали на направление движения (скорости) положительно заряженной частицы, то отставленный на 90˚ большой палец покажет направление силы Лоренца. (для отрицательной частицы – 4 пальца против направления скорости частицы) |
Световые явления
Оптика – это раздел физики, изучающий световые явления и закономерности.
Свет – это электромагнитная волна.
Точечный источник света – размеры светящегося тела намного меньше расстояния на котором мы оцениваем его действие.
Световой луч – линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.
Тень – та область пространства, в которую на попадает свет от источника.
Полутень – попадает свет от части источника.
Световая энергия, распространяющаяся между двумя лучами, называется световым пучком.
Законы геом. оптики:
1) 
Закон отражения света
1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол падения равен углу отражения.
Угол падения – угол между падающий лучом и перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча на поверхность.
Угол отражения – угол между отраженным лучом и перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча на поверхность.
Плоское зеркало:
Изображение в плоском зеркале находится за зеркалом на прямой, перпендикулярной поверхности зеркала, а расстояние от зеркала до изображения ОВ равно расстоянию от объекта до зеркала АО.
2) Закон преломления света
Оптическая плотность среды характеризуется различной скоростью распространения света.
При переходе из одной среды в другую, луч изменяет свое направление на границе этих сред – преломляется .
1. Луч падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения к границе двух сред, лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения к синуса угла преломления, есть величина постоянная для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды относительно первой.
Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения.
Преломленный луч в этом случае «прижимается» к перпендикуляру.
Если свет идет из среды оптически более плотной в менее плотную среду, то угол преломления всегда больше угла падения.
Преломленный луч в этом случае «прижимается» к границе раздела сред.
Луч, направленный перпендикулярно к границе раздела двух сред, проходит без преломления.
Линза – прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Виды линз:
Линзы (по оптическим свойствам)
Оптическая сила линзы:
Изображением любой точки будет точка. Изображение стрелки – стрелка.
Построение изображения любого точечного источника (точки предмета) в линзе происходит по двум лучам.
1) Луч, идущий через центр линзы – не преломляется
2) Луч, идущий параллельно главной оптической оси , после линзы преломляется в т. фокуса линзы
На пересечении этих двух лучей располагается точка, которая является изображением источника.
Изображение предмета строится аналогичным образом.
Формула тонкой линзы:
Между движущимися электрическими зарядами имеется особый вид взаимодействия: например, два параллельных одинаково направленных тока притягиваются, а два противоположно направленных - отталкиваются. Форма материи, посредством которой взаимодействуют движущиеся заряды, называется магнитным полем. Магнитное поле образуется вокруг любого движущегося заряда или проводника с током и количественно характеризуется напряженностью поля - векторной величиной, численное значение которой связывается с формой проводника и силой тока. Направление вектора напряженности поля соответствует направлению северного полюса магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Магнитное поле условно изображают силовыми линиями - воображаемыми кривыми, построенными так, что касательные к ним в любой точке указывают направление вектора напряженности поля в соответствующей точке.
Для практического использования магнитное поле образуют с помощью катушки, обтекаемой током и имеющей железный сердечник, который значительно усиливает поле. В соответствии с характером тока магнитное поле может быть постоянным или переменным. Постоянный электромагнит применяют, например, для удаления из глаза железных осколков (см. Магниты глазные).
В экспериментах установлено, что магнитное поле, как постоянное, так и переменное, действует на биохимические процессы, а также оказывает определенное влияние и на весь организм. С лечебной целью магнитное ноле пока широко не применяется.
Если проводник или контур находятся под действием магнитного поля, изменяющегося по напряженности или направлению, то в них возникает электродвижущая сила, а в замкнутом контуре образуется ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а образующийся при этом ток - индукционным.
Электродвижущая сила (ЭДС) индукции возникает также в проводниках с током при изменении величины или направления тока, так как образуемое этим током магнитное поле соответственно изменяется по напряженности или направлению. Это явление называется самоиндукцией. Электродвижущая сила самоиндукции в свою очередь влияет на ток, протекающий в проводнике, что должно соответствующим образом учитываться. Самоиндукция имеет большое значение в цепях переменного тока.
Электромагнитная индукция происходит также и в сплошной массе проводника, например в массе раствора электролита, помещенного в соответствующим образом изменяющееся магнитное поле. Индукционный ток в этом случае представляют в виде круговых токов, замыкающихся в массе проводника в плоскостях, перпендикулярных силовым линиям поля. Эти токи называют вихревыми (токи Фуко).
Электромагнитные явления
10.1. Прохождение тока по твёрдому, жидкому или газообразному проводнику всегда сопровождается появлением магнитного поля . Его силовые линии – замкнутые кривые, охватывающие проводник.
10.2. Направление силовой линии магнитного поля – в сторону, куда указывает северный конец маленькой магнитной стрелки, помещённой в изучаемую точку поля. При изменении направления тока в проводнике направление силовых линий меняется на противоположное.
10.3. Электромагниты – проводники, скрученные в виде спиралей или катушек, внутри которых имеется сердечник из железа или стали. Электромагниты (их также называют катушками индуктивности) способны запасать и возвращать в цепь электрическую энергию путём её преобразования в энергию магнитного поля и наоборот.
10.4. Постоянные магниты – ненаэлектризованные тела, способные притягивать предметы из железа, стали и некоторых других материалов и длительное время сохраняющие это свойство.
10.5. Полюс магнита – место на поверхности магнита, где магнитное поле является наиболее сильным. Силовые линии поля постоянного магнита являются замкнутыми. Они выходят из его северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
10.6. Земля, а также некоторые другие небесные тела являются постоянными магнитами, то есть имеют магнитное поле.
10.7. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и, как следствие, на проводники с током. На этом явлении основано действие электроизмерительных приборов и электродвигателей.
10.8. Электрические двигатели вне зависимости от их конструкции имеют вращающуюся часть (ротор) и неподвижную часть (статор). В зависимости от назначения в них размещают электромагниты или постоянные магниты, а также коллектор – устройство для регулирования поступления тока в нужные моменты во время каждого оборота ротора.
10.9. Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в проводнике, движущемся в магнитном поле или в неподвижном проводнике, находящемся в движущемся (изменяющемся) магнитном поле.
10.10. Наибольшее применение в быту и промышленности государств Европы получил переменный индукционный ток, изменяющий свое направление 100 раз в секунду, то есть с частотой 50 Гц.
10.11. Электрический трансформатор – прибор, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в ток другого напряжения. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
10.12. Для передачи электроэнергии на расстояние используют повышающие трансформаторы, высоковольтные линии электропередачи и понижающие трансформаторы.
10.13. Для приведения в движение мощных станков и установок используют двигатели, работающие на трёхфазном переменном токе. Их преимущества: простота конструкции, высокая надёжность и мощность.
Электромагнитные явления. Таблицы и схемы.
10) Характеристики участка цепи:
Сила тока - 
, измеряется с помощью амперметра;
Напряжение - 
, измеряется вольтметром;
Сопротивление - 
, измеряется омметром.
11) Закон Ома для участка цепи: .
12) Два вида соединения проводников:
Последовательное (см. рис. 4)
Рис. 4. Последовательное соединения проводников
Параллельное (см. рис. 5)
Рис. 5. Параллельное соединение проводников
13) Работа тока: .
14) Мощность тока: .
15) Количество теплоты, которая выделяется при прохождении тока через проводник: .
16) Электрический ток в различных средах:
В металлах происходит направленное движение свободных электронов;
В жидкостях - направленное движение свободных ионов, образующихся в результате электролитической диссоциации . Закон электролиза:
В газах - направленное движение свободных ионов и электронов, образующихся в
результате ионизации;
- в полупроводниках - направленное движение свободных электронов и дырок;
17) Магниты:
Электромагниты;
Постоянные:
природные;
искусственные.
18) Вокруг любой заряженной частицы, а следовательно, вокруг проводника с током существует магнитное поле .
19) Магнитное поле - особая форма материи, которая существует вокруг движущихся заряженных частиц или тел и действует с некоторой силой на другие заряженные частицы или тела, движущиеся в этом поле.
20) Линии магнитного поля - условные линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются оси маленьких магнитных стрелок:
Направление линий магнитного поля совпадает с направлением, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки (см. рис. 6);
Направление линий магнитного поля проводника с током можно определить с помощью правила правой руки или правила буравчика (см. рис. 7);
Линии магнитного выходят из северного полюса и входят в южный полюс;
Линии магнитного поля всегда замкнуты.
21) На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера . Её направление определяется по правилу левой руки (см. рис. 8).
Рис. 7. Правило правой руки и правило буравчика
Рис. 8. Правило левой руки
22) Явление электромагнитной индукции - явление порождения в пространстве электрического поля переменным магнитным полем.
На этом уроке мы вспомнили различные факты, касающиеся электромагнитных явлений, изученных ранее, а также обсудили общую электромагнитную картину мира.
Впервые вне лаборатории электрическая дуга была применена в 1845 году в Парижской национальной опере, чтобы воспроизвести эффект восходящего солнца.
В Таиланде при строительстве линий электропередач возникли проблемы. Первая касалась того, что обезьяны, подражая электромонтёрам, по опорам забираются на провода и, запутывая их, создают короткое замыкание. Слоны представляли собой вторую проблему, так как они вырывали опоры из земли.
Магнитное поле Земли периодически меняет свою полярность, совершая как вековые колебания, длительностью 5-10 тыс. лет, так и полностью переориентируясь (меняются местами магнитные полюса) 2-3 раза в течение миллиона лет. Об этом свидетельствуют «вмороженное» магнитное поле в осадочные и вулканические породы далёких эпох. Однако геомагнитное поле Земли не совершает хаотических изменений, а подчиняется определённому расписанию.
В древних архивах сохранились записи, свидетельствующие о том, что императора Нерона, страдавшего ревматизмом, лечили электрованнами. Для этого в деревянную кадку с водой помещали электрических скатов. Находясь в такой ванне, император подвергался действию электрических разрядов и полей.
В прошлом веке в Швейцарии была изобретена электрическая няня. Изобретатель предложил подкладывать под детские пелёнки две изолированные металлические сетки, разделённые сухой прокладкой. Эти сетки были соединены с низковольтным источником тока, а также с электрическим звонком. Когда прокладка намокала, цепь замыкалась, и звонок сообщал матери о необходимости сменить пелёнку.
В тех регионах России, где бывают сильные морозы зимой, возникает проблема слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн, так как вязкость нефтепродуктов при низкой температуре слишком высокая. Учёные дальневосточных институтов разработали технологию электроиндукционного нагрева цистерн (см. рис. 9), позволяющую значительно сократить энергозатраты, так как для разогревания цистерн паром необходимо около 15 тонн топлива.
Рис. 9. Электроиндукционный нагрев цистерн
Для аварийных ситуаций, когда замерзают системы отопления и водоснабжения, разработан ручной электроиндукционный инструмент, обеспечивающий быстрый разогрев трубопроводов и высокую безопасность работ.
Даже на стреляных гильзах и патронах сохраняются отпечатки пальцев, уложившего их в оружие человека. Эти отпечатки могут быть выявлены по методике, разработанной специалистами Саратовского юридического института. Поместив гильзу или патрон в электрическое поле в качестве электрода, напыляют на него в вакууме тонкую металлическую плёнку, и на ней становятся видны отпечатки, которые возможно идентифицировать.
Задача 1
На каком из рисунков правильно изображены полюсы магнитов (см. рис. 10)?
Рис. 10. Иллюстрация к задаче
Решение
Магнитными линиями для постоянного магнита называются линии, которые начинаются на северном магнитном полюсе и заканчиваются на южном, вне самого магнита. Внутри магнита эти линии замыкаются, но уже направлены от южного полюса к северному магнитному полюсу.
На первом рисунке полюсы изображены неправильно, так как магнитные линии направлены от южного полюса к северному.
На втором рисунке полюсы изображены неправильно, так как магнитные линии направлены от южного полюса к северному.
На третьем рисунке полюсы изображены верно, так как магнитные линии направлены от северного полюса к южному.
На четвёртом рисунке, по всей вероятности, имелись в виду два каких-то одинаковых полюса.
Ответ: на третьем рисунке полюсы изображены верно.
Попробуйте самостоятельно ответить на такой вопрос: в какой из этих точек действие магнита самое сильное, а в каких - самое маленькое (см. рис. 11)?
Рис. 11. Иллюстрация к задаче
Решить эту задачу можно, вспомнив, как распределяются магнитные линии в пространстве возле постоянного магнита.
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Class-fizika.narod.ru ().
- Clck.ru ().
- Clck.ru ().
Домашнее задание
- Что подтверждает существование магнитного поля Земли?
- Дайте определение магнитных линий. Что представляют собой магнитные линии прямого тока, катушки с током?
- Что дало науке создание электромагнитной картины мира?
- Сила Ампера. Правило левой руки.
- На железный проводник длиной 10 м и сечением 2 мм 2 подано напряжение 12 мВ. Чему равна сила тока, протекающего по проводнику?
- Электрические лампы сопротивлением 200 Ом и 400 Ом соединены параллельно и подключены к источнику тока. Как соотносятся количества теплоты Q 1 и Q 2 , выделяемые лампами за одно и то же время?