Слайд 2
Етапи роботи
Поставити цілі та завдання Практична частина. Дослідження та спостереження. Висновок.
Слайд 3
Мета: дослідити експериментальним шляхом властивості магнітних явищ. Завдання: - Вивчити літературу. - Провести досліди та спостереження.
Слайд 4
Магнетизм
Магнетизм - форма взаємодії електричних зарядів, що рухаються, що здійснюється на відстані за допомогою магнітного поля. Магнітна взаємодія відіграє важливу роль у процесах, що протікають у Всесвіті. Ось два приклади, що підтверджують сказане. Відомо, що магнітне поле зірки породжує зірковий вітер, аналогічний сонячному, який, зменшуючи масу та момент інерції зірки, змінює хід її розвитку. Відомо також, що магнітосфера Землі захищає нас від згубного впливу космічних променів. Якби її не було, еволюція живих істот на нашій планеті, мабуть, пішла б іншим шляхом, а можливо, життя на Землі не виникло б зовсім.
Слайд 5
Слайд 6
Магнітне поле Землі
Основна причина наявності магнітного поля Землі у цьому, що ядро Землі складається з розпеченого заліза (хорошого провідника електричних струмів, що усередині Землі). Графічно-магнітне поле Землі схоже на магнітне поле постійного магніту. Магнітне поле Землі утворює магнітосферу, що тягнеться на 70-80 тис. км у напрям Сонця. Вона екранує поверхню Землі, захищає від шкідливого впливу заряджених частинок, високих енергій та космічних променів, визначає характер погоди. Магнітне поле Сонця у 100 більше, ніж земне.
Слайд 7
Зміна магнітного поля
Причиною постійних змін є наявність покладів з корисними копалинами. На Землі є такі території, де власне магнітне поле сильно спотворюється заляганням залізних руд. Наприклад, Курська магнітна аномалія, розташована у Курській області. Причина короткочасних змін магнітного поля Землі вплив " сонячного вітру " , тобто. дія потоку заряджених частинок, що викидаються Сонцем. Магнітне поле цього потоку взаємодіє магнітним полем Землі, виникають "магнітні бурі".
Слайд 8
Людина та магнітні бурі
Серцево-судинна та кровоносна система підвищується артеріальний тиск, погіршується коронарний кровообіг. Магнітні бурі викликають в організмі людини, яка страждає на захворювання Серцево судинної системи, загострення (інфаркт міокарда, інсульт, гіпертонічний криз і т. д.). Органи дихання Під впливом магнітних бур змінюються біоритми. Стан одних хворих погіршується до магнітних бур, інших - після. Пристосованість таких хворих до умов магнітних бур дуже мала.
Слайд 9
Практична частина
Мета: зібрати дані про кількість викликів швидкої допомоги за 2008 рік та зробити висновок. З'ясувати кореляційну залежність дитячої захворюваності та магнітними бурями.
Вітаю вас, дорогі читачі. Багато таємниць у собі приховує природа. Одні таємниці людині вдалося знайти пояснення, а іншим ні. Магнітні явища в природі відбуваються на нашій землі та навколо нас, а ми їх часом просто не помічаємо.
Одне з таких явищ можна побачити, взявши до рук магніт і направивши його на металевий цвях або шпильку. Побачити, як вони притягнуться один до одного.
Багато хто з нас ще пам'ятають зі шкільного курсу фізики досліди з цим предметом, що має магнітне поле.
Сподіваюся ви згадали, що таке магнітні явища? Звичайно, це здатність притягати до себе інші металеві предмети, маючи магнітне поле.
Розглянемо магнітну залізну руду, з якої роблять магніт. Такі магніти, напевно, є у кожного з вас, на дверцятах холодильника.
Вам буде цікаво дізнатися, а які бувають ще магнітні природні явища? Зі шкільних уроків з фізики ми знаємо, що поля бувають магнітні та електромагнітні.
Хай буде вам відомо, що магнітний залізняк у живій природі був відомий ще до нашої ери. У цей час і був створений компас, який китайський імператор використовував під час своїх численних походів і морських прогулянок.
Перекладається з китайської мови магніт як люблячий камінь. Дивний переклад, чи не так?
Христофор Колумб, який використовує магнітний компас у своїх подорожах, зазначив, що географічні координати впливають на відхилення стрілки в компасі. Згодом цей результат спостереження привів учених до висновку, що і на землі є магнітні поля.
Вплив магнітного поля в живій та неживій природі
Унікальна здатність перелітних птахів з точністю знаходити місця проживання завжди була цікава вченим. Магнітне поле землі допомагає їм безпомилково прокладати. Та й міграції багатьох тварин залежать від цього поля землі.
Так свої «магнітні карти» мають не лише пернаті, а й такі тварини як:
- Черепахи
- Морські молюски
- Лососеві риби
- Саламандри
- та багато інших тварин.
Вчені з'ясували, що в тілі живих організмом є спеціальні рецептори, а також частинки магнетиту, які допомагають відчувати магнітні та електромагнітні поля.
Але як саме будь-яка жива істота, яка живе в дикій природі, знаходить потрібний орієнтир, однозначно не можуть відповісти вчені.
Магнітні бурі та їх вплив на людину
Ми вже знаємо про магнітні поля нашої землі. Вони захищають нас від впливу заряджених мікрочасток, які долітають до нас із Сонця. Магнітна буря це не що інше – це раптова зміна електромагнітного поля землі, що захищає нас.
Чи не помічали, як у вас іноді раптовий різкий біль стріляє в головну скроню і тут же з'являється найсильніший головний біль? Всі ці болючі симптоми, що відбуваються в організмі людини, вказують на наявність цього природного явища.
Це магнітне явище може тривати від години до 12 годин, а може бути короткочасним. І як помічено лікарями, більшою мірою на це страждають вже літні люди із серцево-судинними захворюваннями.
Помічено, що у тривалу магнітну бурю збільшується кількість інфарктів. Є низка вчених, які відстежують появу магнітних бур.
Так що дорогі мої читачі іноді варто дізнаватися про їхню появу і намагатися запобігти по можливості їх жахливим наслідкам.
Магнітні аномалії у Росії
По всій величезній території нашої землі існують різноманітні магнітні аномалії. Давайте трохи дізнаємося про них.
Відомий вчений і астроном П. Б. Іноходцев ще далекого 1773 вивчав географічне розташування всіх міст центральної частини Росії. Саме тоді він виявив сильну аномалію в районі Курська та Білгорода, де стрілка компаса гарячково оберталася. І лише 1923 року було пробурено першу свердловину, яка виявила металевої руди.
Вчені і в наші з вами дні не можуть дати пояснення величезним скупченням залізняку в Курській магнітній аномалії.
З підручників з географії ми з вами знаємо, що видобуток усієї залізняку ведеться в гірських областях. А як утворилися поклади залізняку на рівнині — невідомо.
Бразильська магнітна аномалія
Біля океанського узбережжя Бразилії на висоті понад 1000 кілометрів основна частина приладів біля літальних апаратів, що пролітають над цим місцем – літаків і навіть супутників припиняє свою роботу.
Уявіть помаранчевий апельсин. Його шкірка захищає м'якоть, так і магнітне поле землі із захисним шаром атмосфери захищає нашу планету від шкідливого впливу з космосу. А Бразильська аномалія схожа на вм'ятину у цій шкірці.
До того ж, таємничі спостерігалися неодноразово в цьому незвичайному місці.
Ще чимало загадок і таємниць землі нашої належить розкрити вченим, друзі мої. Хочу вам побажати здоров'я та щоб обійшли вас стороною несприятливі магнітні явища!
Сподіваюся, вам сподобався мій короткий огляд магнітних явищ у природі. А може, і ви їх уже спостерігали або ж відчували їхню дію на собі. Напишіть про це у ваших коментарях, мені буде цікаво про це прочитати. А сьогодні це все. Дозвольте попрощатися з вами і до нових зустрічей.
Пропоную Вам передплатити оновлення блогу. А також ви можете поставити свою оцінку статті по 10 системі, відзначивши її певною кількістю зірочок. Приходьте до мене в гості і наводьте друзів, адже цей сайт створений спеціально для вас. Я впевнена, що ви обов'язково знайдете тут багато корисної та цікавої інформації.
Бурі тощо. буд. Як вони виникають? Чим характеризуються?
Магнетизм
Магнітні явища та властивості в сукупності називають магнетизмом. Про їхнє існування було відомо дуже давно. Передбачається, що вже чотири тисячі років тому китайці використали ці знання для створення компасу та навігації у морських походах. Проводити досліди та серйозно вивчати фізичне магнітне явище почали лише у ХІХ столітті. Одним із перших дослідників у цій галузі вважається Ганс Ерстед.
Магнітні явища можуть відбуватися як у Космосі, і на Землі, і виявляються лише межах магнітних полів. Такі поля виникають від електричних зарядів. Коли заряди нерухомі, довкола них утворюється електричне поле. Коли вони рухаються – магнітне поле.
Тобто, явище магнітного поля виникає з появою електричного струму або змінного електричного поля. Це область простору, всередині якої діє сила, що впливає на магніти та магнітні провідники. Вона має свій напрямок і зменшується в міру віддалення від свого джерела – провідника.
Магніти
Тіло, навколо якого утворюється, називається магнітом. Найменшим є електрон. Притягнення магнітів - найвідоміше фізичне магнітне явище: якщо додати два магніти один до одного, то вони або притягнутися, або відштовхнутися. Вся справа в їхньому становищі відносно один одного. Кожен магніт має два полюси: північний та південний.
Одноіменні полюси відштовхуються, а різноіменні, навпаки, притягуються. Якщо розрізати його надвоє, то північний та південний полюси не розділяться. В результаті ми отримаємо два магніти, на кожному з яких також буде по два полюси.
Існує ряд матеріалів, які мають до них відносяться залізо, кобальт, нікель, сталь і т.д. Серед них є рідини, сплави, хімічні сполуки. Якщо магнетики потримати біля магніту, то вони самі їм стануть.
Такі речовини, як чисте залізо, легко набувають подібної властивості, але й швидко з ним прощаються. Інші (наприклад, сталь) намагнічуються довше, але ефект утримують тривалий час.
Намагнічування
Вище ми встановили, що магнітне поле виникає під час руху заряджених частинок. Але про який рух може йтися, наприклад, у шматку заліза, що висить на холодильнику? Всі речовини складаються з атомів, в яких і знаходяться частинки, що рухаються.
Кожен атом має своє магнітне поле. Проте, в одних матеріалах ці поля спрямовані хаотично у різні боки. Через це навколо них не створюється одного великого поля. Такі речовини не здатні намагнічуватись.
В інших матеріалах (залізі, кобальті, нікелі, сталі) атоми здатні вишиковуватися так, що всі вони будуть спрямовані однаково. В результаті навколо них формується загальне магнітне поле і тіло намагнітиться.
Виходить, намагнічування тіла – це впорядкування полів його атомів. Щоб порушити цей порядок, досить сильно вдарити по ньому, наприклад, молотком. Поля атомів почнуть хаотичний рух та втратить магнітні властивості. Теж станеться, якщо матеріал нагріти.
Магнітна індукція
Магнітні явища пов'язані з зарядами, що рухаються. Так, навколо провідника з електричним струмом обов'язково виникає магнітне поле. Але чи може бути навпаки? Цим питанням одного разу став англійський фізик Майкл Фарадей і відкрив явище магнітної індукції.
Він зробив висновок, що постійне поле не може викликати електричний струм, а змінне - може. Струм виникає в замкнутому контурі магнітного поля і називається індукційним. Електрорушійна сила при цьому змінюватиметься пропорційно зміні швидкості поля, що пронизує контур.
Відкриття Фарадея було справжнім проривом та принесло чималу користь виробникам електротехніки. Завдяки йому стало можливим отримувати струм з механічної енергії. Закон, виведений вченим, застосовувався та застосовується у пристрої електродвигунів, різних генераторів, трансформаторів тощо.
Магнітне поле Землі
Юпітер, Нептун, Сатурн і Уран мають магнітне поле. Наша планета – не виняток. У звичайному житті ми практично не помічаємо його. Воно не відчутно, не має смаку чи запаху. Натомість саме з ним пов'язані магнітні явища у природі. Такі як полярне сяйво, магнітні бурі або магніторецепція у тварин.
По суті, Земля є величезним, але не дуже сильним магнітом, який має два полюси, що не збігаються з географічними. Магнітні лінії виходять із Південного полюса планети та входять до Північного. Це означає, що насправді Південний полюс Землі є північним полюсом магніту (тому у країнах синім кольором позначається південний полюс - S, а червоним позначають північний полюс - N).
Магнітне поле поширюється на сотні кілометрів від планети. Воно служить невидимим куполом, що відбиває потужне галактичне та сонячне випромінювання. Під час зіткнення частинок радіації з оболонкою Землі утворюються багато магнітних явищ. Давайте розглянемо найвідоміші з них.
Магнітні бурі
На нашу планету сильно впливає Сонце. Воно не тільки дає нам тепло та світло, а й провокує такі неприємні магнітні явища, як бурі. Їхня поява пов'язана з підвищенням сонячної активності та процесами, що відбуваються всередині цієї зірки.
Земля постійно відчуває вплив потоку іонізованих частинок із Сонця. Вони рухаються зі швидкістю 300-1200 км/с та характеризуються як сонячний вітер. Але іноді на зірці відбуваються раптові викиди великої кількості цих частинок. Вони діють на земну оболонку як поштовхи і змушують магнітне поле вагатися.
Тривають такі бурі зазвичай до трьох діб. У цей час деякі жителі нашої планети відчувають нездужання. Коливання оболонки відбиваються на нас головними болями, підвищенням тиску та слабкістю. За все життя людина переживає в середньому 2000 бур.
Північне сяйво
Є й приємніші магнітні явища в природі - північне сяйво або аврора. Воно проявляється у вигляді свічення неба з квітами, що швидко змінюються, і відбувається переважно у високих широтах (67—70°). При сильній активності Сонця сяйво спостерігається і нижче.
Приблизно за 64 кілометри над полюсами заряджені сонячні частинки зустрічаються з далекими межами магнітного поля. Тут деякі з них прямують до магнітних полюсів Землі, де взаємодіють із газами атмосфери, через що і з'являється сяйво.
Спектр світіння залежить від складу повітря та його розрідженості. Червоне свічення відбувається на висоті від 150 до 400 кілометрів. Сині та зелені відтінки пов'язані з великим вмістом кисню та азоту. Вони відбуваються на висоті 100 км.
Магніторецепція
Основна наука, що вивчає магнітні явища, – фізика. Однак деякі з них може зачіпати і біологію. Наприклад, магніточутливість живих організмів – здатність розпізнавати магнітне поле Землі.
Цей унікальний дар мають багато тварин, особливо мігруючі види. Здібності до магніторецепції виявлено у кажанів, голубів, черепах, кішок, оленів, у деяких бактерій і т. д. Вона допомагає тваринам орієнтуватися в просторі і знаходити своє житло, віддаляючись від нього на десятки кілометрів.
Якщо людина для орієнтації використовує компас, тварини користуються цілком природними інструментами. Точно визначити, як і чому працює магніторецепція, вчені поки що не можуть. Але відомо, що голуби здатні знаходити свій будинок навіть, якщо їх забрати від нього на сотні кілометрів, закривши при цьому птаха в абсолютно темному ящику. Черепахи знаходять місце свого народження навіть через роки.
Завдяки своїм «суперздатностям» тварини передчують виверження вулканів, землетруси, бурі та інші катаклізми. Вони тонко відчувають коливання у магнітному полі, що підвищує здатність до самозбереження.
Фізичні тіла є дійовими особами фізичних явищ. Познайомимось із деякими з них.
Механічні явища
Механічні явища - це рух тіл (рис. 1.3) і їх одна на друга, наприклад відштовхування чи тяжіння. Дія тіл один на одного називають взаємодією.
З механічними явищами ми познайомимося докладніше вже цього навчального року.
Мал. 1.3. Приклади механічних явищ: рух та взаємодія тіл під час спортивних змагань (а, б. в); рух Землі навколо Сонця та її обертання навколо власної осі (г)
Звукові явища
Звукові явища, як випливає із назви, - це явища, пов'язані зі звуком. До них відноситься, наприклад, поширення звуку в повітрі або воді, а також відображення звуку від різних перешкод - скажімо, гір або будівель. При відображенні звуку виникає знайома багатьом відлуння.
Теплові явища
Теплові явища - це нагрівання та охолодження тіл, а також, наприклад, випаровування (перетворення рідини на пару) та плавлення (перетворення твердого тіла на рідину).
Теплові явища надзвичайно поширені: так, ними обумовлений кругообіг води в природі (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Кругообіг води в природі
Нагріта сонячним промінням вода океанів і морів випаровується. Піднімаючись, пара охолоджується, перетворюючись на крапельки води чи кристалики льоду. Вони утворюють хмари, з яких вода повертається на Землю у вигляді дощу чи снігу
Справжня «лабораторія» теплових явищ - кухня: чи вариться суп на плиті, чи кипить вода в чайнику, чи продукти заморожуються в холодильнику - все це приклади теплових явищ.
Тепловими явищами обумовлена і робота автомобільного мотора: при згорянні бензину утворюється дуже гарячий газ, який штовхає поршень (деталь двигуна). А рух поршня через спеціальні механізми передається колесам автомобіля.
Електричні та магнітні явища
Найяскравіший (у буквальному значенні слова) приклад електричного явища – блискавка (рис. 1.5, а). Електричне освітлення та електротранспорт (рис. 1.5 б) стали можливими завдяки використанню електричних явищ. Приклади магнітних явищ - тяжіння залізних та сталевих предметів постійними магнітами, а також взаємодія постійних магнітів.
Мал. 1.5. Електричні та магнітні явища та їх використання
Стрілка компаса (рис. 1.5, в) повертається так, що її «північний» кінець вказує північ саме тому, що стрілка є маленьким постійним магнітом, а Земля - величезним магнітом. Північне сяйво (рис. 1.5, г) викликано тим, що летять з космосу електрично заряджені частинки взаємодіють із Землею як із магнітом. Електричними та магнітними явищами обумовлена робота телевізорів та комп'ютерів (рис. 1.5, д, е).
Оптичні явища
Куди б ми не подивилися – ми всюди побачимо оптичні явища (рис. 1.6). Це явища, пов'язані зі світлом.
Приклад оптичного явища - відбиток світла різними предметами. Відбиті предметами промені світла потрапляють у вічі, завдяки чому ми бачимо ці предмети.
Мал. 1.6. Приклади оптичних явищ: Сонце випромінює світло (а); Місяць відбиває сонячне світло (б); особливо добре відбивають світло дзеркала (в); одне з найкрасивіших оптичних явищ – веселка (г)
На даному уроці, тема якого: "Електромагнітне поле", ми обговоримо поняття "електромагнітне поле", особливості його прояву та параметри цього поля.
Ми розмовляємо по мобільному телефону. Як передається сигнал? Як передається сигнал від космічної станції, що відлетіла до Марса? У порожнечі? Так, речовини може бути, але це не порожнеча, є щось інше, через що передається сигнал. Це назвали електромагнітним полем. Це прямо не спостерігається, але реально існуючий об'єкт природи.
Якщо звуковий сигнал – це зміна параметрів речовини, наприклад повітря (рис. 1), то радіосигнал – це зміни параметрів ЕМ-поля.
Мал. 1. Поширення звукової хвилі у повітрі
Слова «електричний» та «магнітний» нам зрозумілі, ми вже вивчили окремо електричні явища (рис. 2) та магнітні явища (рис. 3), але чому тоді ми ведемо мову про електромагнітне поле? Сьогодні ми цього розберемося.
Мал. 2. Електричне поле
Мал. 3. Магнітне поле
Приклади електромагнітних явищ.
У мікрохвильовій печі створюються сильні, а головне - електромагнітні поля, що дуже швидко змінюються, які діють на електричний заряд. А як ми знаємо, в атомах та молекулах речовин міститься електричний заряд (рис. 4). Ось на нього і діє електромагнітне поле, змушуючи молекули швидше рухатися (рис. 5) – збільшується температура та їжа нагрівається. Таку ж природу мають рентгенівські промені, ультрафіолетові промені, видиме світло.
Мал. 4. Молекула води є диполем
Мал. 5. Рух молекул, які мають електричний заряд
У мікрохвильовій печі електромагнітне поле повідомляє речовину енергію, яка йде на нагрівання, видиме світло повідомляє рецепторам ока енергію, яка йде на активацію рецептора (рис. 6), енергія ультрафіолетових променів йде на утворення меланіну в шкірі (поява засмаги, рис. 7), а енергія рентгенівських променів змушує чорніти плівку, де ви можете побачити зображення свого скелета (рис. 8). Електромагнітне поле у всіх цих випадках має різні параметри, тому і має різний вплив.
Мал. 6. Умовна схема активації рецептора ока енергією видимого світла
Мал. 7. Загар шкіри
Мал. 8. Почорніння плівки при рентгені
Отже, з електромагнітним полем ми стикаємося набагато частіше, ніж здається, і вже давно звикли до явищ, які з ним пов'язані.
Отже, відомо, що електричне поле виникає навколо електричних зарядів (рис. 9). Тут все зрозуміло.
Мал. 9. Електричне поле навколо електричного заряду
Якщо електричний заряд рухається, навколо нього, як ми вивчали, виникає магнітне поле (рис. 10). Тут уже постає питання: рухається електричний заряд, навколо нього є електричне поле, до чого тут магнітне поле? Ще одне питання: ми говоримо «заряд рухається». Але ж рух відносно, і він може в одній системі відліку рухатися, а в іншій - спочивати (рис. 11). Отже, в одній системі відліку магнітне поле існуватиме, а в іншій ні? Але поле повинно існувати чи існувати залежно від вибору системи відліку.
Мал. 10. Магнітне поле навколо електричного заряду, що рухається.
Мал. 11. Відносність руху заряду
Справа в тому, що є єдине електромагнітне поле, і джерело у нього єдине - електричний заряд. Воно має дві складові. Електричне та магнітне поля – це окремі прояви, окремі компоненти єдиного електромагнітного поля, які проявляються по-різному у різних системах відліку (рис. 12).
Мал. 12. Прояви електромагнітного поля
Можна вибрати систему відліку, в якій виявлятиметься лише електричне поле, або тільки магнітне поле, або обидва одночасно. Однак не можна вибрати систему відліку, в якій і електрична, і магнітна складова буде нульовою, тобто електромагнітне поле перестане існувати.
Залежно від системи відліку ми бачимо або одну складову поля, або іншу або їх разом. Це як рух тіла по колу: якщо подивитися на таке тіло зверху, побачимо рух по колу (рис. 13), якщо з боку побачимо коливання вздовж відрізка (рис. 14). У кожній проекції на вісь координат круговий рух – це коливання.
Мал. 13. Рух тіла по колу
Мал. 14. Коливання тіла вздовж відрізка
Мал. 15. Проекція кругових рухів на вісь координат
Інша аналогія – проектування піраміди на площину. Її можна спроектувати у трикутник або квадрат. На площині це зовсім різні фігури, але все це – піраміда, на яку дивляться з різних боків. Але немає такого ракурсу, при погляді якого піраміда зникне зовсім. Вона тільки виглядатиме більш схожою на квадрат або трикутник (рис. 16).
Мал. 16. Проекції піраміди на площину
Розглянемо провідник із струмом. У ньому негативні заряди компенсовані позитивними, електричне поле навколо нього дорівнює нулю (рис. 17). Магнітне поле не дорівнює нулю (рис. 18), виникнення магнітного поля навколо провідника зі струмом ми розглядали. Виберемо систему відліку, у якій електрони, що утворюють електричний струм, будуть нерухомі. Але в цій системі відліку щодо електронів рухатимуться позитивно заряджені іони провідника у зворотний бік: однаково виникає магнітне поле (рис. 18).
Мал. 17. Провідник із струмом, у якого електричне поле дорівнює нулю
Мал. 18. Магнітне поле навколо провідника зі струмом
Якби електрони були у вакуумі, у цій системі відліку навколо них виникало б електричне поле, адже вони не компенсовані позитивними зарядами, проте магнітного поля не було б (рис. 19).
Мал. 19. Електричне поле навколо електронів, що у вакуумі
Розглянемо інший приклад. Візьмемо постійний магніт. Навколо нього є магнітне поле, але електричного немає. Справді, адже електричне поле протонів та електронів компенсується (рис. 20).
Мал. 20. Магнітне поле навколо постійного магніту
Візьмемо систему відліку, у якій магніт рухається. Навколо постійного магніту, що рухається, виникне вихрове електричне поле (рис. 21). Як його виявити? Помістимо по дорозі магніту металеве кільце (нерухоме у системі відліку). У ньому виникне струм - це добре відоме явище електромагнітної індукції: при зміні магнітного потоку виникає електричне поле, що призводить до руху зарядів, до появи струму (рис. 22). В одній системі відліку електричного поля немає, а в іншій воно проявляється.
Мал. 21. Вихрове електричне поле навколо постійного магніту, що рухається.
Мал. 22. Явище електромагнітної індукції
Магнітне поле постійного магніту
У будь-якій речовині електрони, що обертаються навколо ядра, можна представляти як маленький електричний струм, що протікає по колу (рис. 23). Значить, довкола нього виникає магнітне поле. Якщо речовина не магнітиться, отже, площини обертання електронів спрямовані довільно і магнітні поля від окремих електронів компенсують один одного, оскільки спрямовані хаотично.
Мал. 23. Подання обертання електронів навколо ядра
У магнітних речовинах площини обертання електронів орієнтовані приблизно однаково (рис. 24). Тому магнітні поля від усіх електронів складаються і виходить вже ненульове магнітне поле в масштабі цілого магніту.
Мал. 24. Обертання електронів у магнітних речовинах
Навколо постійного магніту існує магнітне поле, а точніше магнітна складова електромагнітного поля (рис. 25). Чи можемо знайти таку систему відліку, в якій магнітна складова обнулюється і магніт втрачає свої властивості? Все-таки ні. І справді, електрони обертаються в одній площині (див. рис. 24), у будь-який момент часу швидкості електронів не спрямовані в ту саму сторону (рис. 26). Тому неможливо знайти систему відліку, де вони всі замруть і магнітне поле пропаде.
Мал. 25. Магнітне поле навколо постійного магніту
Таким чином, електричне та магнітне поля – це різні прояви єдиного електромагнітного поля. Не можна сказати, що в конкретній точці простору є тільки магнітне або електричне поле. Там може бути і одне, й інше. Все залежить від системи відліку, з якої розглядаємо цю точку.
Чому ж ми до цього говорили окремо про електричне та магнітне поля? По-перше, так склалося історично: люди давно знають про магніт, люди давно спостерігали наелектризоване бурштинове хутро, і ніхто не здогадувався, що ці явища мають одну природу. А по-друге, це зручна модель. У завданнях, де нас не цікавить взаємозв'язок електричної та магнітної складових, їх зручно розглядати окремо. Два заряду в даній системі відліку взаємодіють через електричне поле - ми застосовуємо до них закон Кулона, нас не цікавить, що ці ж електрони можуть в якійсь системі відліку рухатися і створювати магнітне поле, і ми успішно вирішуємо завдання (рис. 27). .
Мал. 27. Закон Кулону
Дія магнітного поля на заряд, що рухається, розглядається в іншій моделі, і вона теж в рамках своєї застосовності відмінно працює при вирішенні ряду завдань (рис. 28).
Мал. 28. Правило лівої руки
Постараємося зрозуміти, як взаємопов'язані складові електромагнітного поля.
Варто зазначити, що точний зв'язок досить складний. Її вивів британський фізик Джеймс Максвелл. Він вивів знамениті 4 рівняння Максвелла (рис. 29), які вивчаються у вузах та вимагають знання вищої математики. Ми їх вивчати, звісно, не будемо, але у кількох простих словах розберемося, що вони означають.
Мал. 29. Рівняння Максвелла
Опирався Максвелл на роботи іншого фізика – Фарадея (рис. 30), який просто якісно описав усі явища. Він робив малюнки (рис. 31), записи, які допомогли Максвеллу.
Мал. 31. Малюнки Майкла Фарадея із книги «Електрика» (1852)
Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції (рис. 32). Згадаймо, у чому воно полягає. Змінне магнітне поле породжує ЕРС індукції у провіднику. Інакше кажучи, змінне магнітне полі (так, у разі - не електричний заряд) породжує електричне полі. Це електричне поле є вихровим, тобто лінії замкнуті (рис. 33).
Мал. 32. Малюнки Майкла Фарадея до досвіду
Мал. 33. Виникнення ЕРС індукції у провіднику
Крім того, ми знаємо, що магнітне поле породжується електричним зарядом, що рухається. Правильніше сказати, що воно породжується змінним електричним полем. Під час руху заряду електричне поле у кожній точці змінюється, і це зміна породжує магнітне полі (рис. 34).
Мал. 34. Виникнення магнітного поля
Можна помітити появу магнітного поля між обкладинками конденсатора. Коли він заряджається або розряджається, між пластинами виникає змінне електричне поле, що у свою чергу породжує магнітне поле. У цьому випадку лінії магнітного поля лежатимуть у площині, перпендикулярній лініям електричного поля (рис. 35).
Мал. 35. Поява магнітного поля між обкладками конденсатора
А тепер подивимося на рівняння Максвелла (мал. 29), нижче дана для ознайомлення невелика їхня розшифровка.
Значок – дивергенція – це математичний оператор, він виділяє ту складову поля, яка має джерело, тобто лінії поля на чомусь починаються та закінчуються. Подивіться на друге рівняння: ця складова магнітного поля дорівнює нулю: лінії магнітного поля ні на чому не починаються і не закінчуються, магнітного заряду не існує. Подивіться перше рівняння: така складова електричного поля пропорційна щільності заряду . Електричне поле створюється електричним зарядом.
Найбільш цікавими є наступні два рівняння. Значок – ротор – це математичний оператор, що виділяє вихрову складову поля. Третє рівняння означає, що вихрове електричне поле створюється магнітним полем, що змінюється в часі ( - це похідна, яка, як ви знаєте з математики, означає швидкість зміни магнітного поля). Тобто йдеться про електромагнітну індукцію.
Четверте рівняння показує, якщо не звертати уваги на коефіцієнти пропорційності: вихрове магнітне поле створюється електричним полем, що змінюється, а також електричним струмом ( - щільність струму). Йдеться про те, що ми добре знаємо: магнітне поле створюється електричним зарядом, що рухається, і .
Як бачите, змінне магнітне поле може породжувати змінне електричне, а змінне електричне поле своєю чергою породжує змінне магнітне тощо (рис. 36).
Мал. 36. Змінне магнітне поле може породжувати змінне електричне, і навпаки
У результаті просторі може утворюватися електромагнітна хвиля (рис. 37). Ці хвилі мають різні прояви - це радіохвилі, і видиме світло, ультрафіолет і так далі. Про це поговоримо на наступних уроках.
Мал. 37. Електромагнітна хвиля
Список літератури
- Касьянов В.А. фізика. 11 кл.: Навч. для загальноосвіт. установ. - М: Дрофа, 2005.
- Мякішев Г.Я. Фізика: Навч. для 11 кл. загальноосвіт. установ. - М: Просвітництво, 2010.
- Інтернет портал «studopedia.su» ()
- Інтернет портал «worldofschool.ru» ()
Домашнє завдання
- Чи можна виявити магнітне поле в системі відліку, пов'язаної з одним з електронів, що рівномірно рухаються в потоці, який створюється в кінескопі телевізора?
- Яке поле виникає навколо електрона, що рухається в даній системі відліку із постійною швидкістю?
- Яке поле можна виявити навколо нерухомого бурштину, зарядженого статичною електрикою? Навколо того, що рухається? Відповіді обґрунтуйте.
