Les sujets UTILISER le codeur : interaction des aimants, champ magnétique d'un conducteur avec le courant.

Les propriétés magnétiques de la matière sont connues depuis longtemps. Les aimants tirent leur nom de l'ancienne ville de Magnésie : un minéral (appelé plus tard minerai de fer magnétique ou magnétite) était répandu dans ses environs, dont les morceaux attiraient les objets en fer.

Interaction des aimants

Sur deux côtés de chaque aimant se trouvent pôle Nord et pôle Sud. Deux aimants sont attirés l'un vers l'autre par des pôles opposés et se repoussent par des pôles identiques. Les aimants peuvent agir les uns sur les autres même à travers le vide ! Tout cela rappelle l'interaction des charges électriques, cependant l'interaction des aimants n'est pas électrique. Ceci est démontré par les faits expérimentaux suivants.

La force magnétique s'affaiblit lorsque l'aimant est chauffé. La force de l'interaction des charges ponctuelles ne dépend pas de leur température.

La force magnétique est affaiblie en secouant l'aimant. Rien de semblable ne se produit avec des corps chargés électriquement.

Les charges électriques positives peuvent être séparées des charges négatives (par exemple, lorsque les corps sont électrifiés). Mais il est impossible de séparer les pôles de l'aimant : si vous coupez l'aimant en deux parties, alors des pôles apparaissent également au point de coupure, et l'aimant se décompose en deux aimants aux pôles opposés aux extrémités (orientés exactement dans le même comme les pôles de l'aimant d'origine).

Alors les aimants toujours bipolaires, ils n'existent que sous la forme dipôles. Pôles magnétiques isolés (appelés monopôles magnétiques- analogues de charge électrique) dans la nature n'existent pas (en tout cas, ils n'ont pas encore été détectés expérimentalement). C'est peut-être l'asymétrie la plus impressionnante entre l'électricité et le magnétisme.

Comme les corps chargés électriquement, les aimants agissent sur les charges électriques. Cependant, l'aimant n'agit que sur en mouvement charge; Si la charge est au repos par rapport à l'aimant, alors aucune force magnétique n'agit sur la charge. Au contraire, un corps électrisé agit sur n'importe quelle charge, qu'il soit au repos ou en mouvement.

Selon les concepts modernes de la théorie de l'action à courte portée, l'interaction des aimants s'effectue à travers champ magnétique A savoir, un aimant crée un champ magnétique dans l'espace environnant, qui agit sur un autre aimant et provoque une attraction ou une répulsion visible de ces aimants.

Un exemple d'aimant est aiguille magnétique boussole. A l'aide d'une aiguille magnétique, on peut juger de la présence d'un champ magnétique dans une région donnée de l'espace, ainsi que de la direction du champ.

Notre planète Terre est un aimant géant. Non loin du pôle nord géographique de la Terre se trouve le pôle sud magnétique. Par conséquent, l'extrémité nord de l'aiguille de la boussole, tournée vers le pôle magnétique sud de la Terre, pointe vers le nord géographique. D'où, en fait, le nom de "pôle nord" de l'aimant.

Lignes de champ magnétique

Le champ électrique, rappelons-le, est étudié à l'aide de petites charges d'essai, par l'action sur laquelle on peut juger de l'amplitude et de la direction du champ. Un analogue d'une charge de test dans le cas d'un champ magnétique est une petite aiguille magnétique.

Par exemple, vous pouvez avoir une idée géométrique du champ magnétique si vous placez dans points différents les espaces sont de très petites aiguilles de boussole. L'expérience montre que les flèches s'aligneront le long de certaines lignes - la soi-disant lignes de champ magnétique. Définissons ce concept sous la forme les trois suivants points.

1. Les lignes de champ magnétique, ou lignes de force magnétiques, sont des lignes dirigées dans l'espace qui ont la propriété suivante : une petite aiguille de boussole placée à chaque point d'une telle ligne est orientée tangentiellement à cette ligne.

2. La direction de la ligne de champ magnétique est la direction des extrémités nord des aiguilles de la boussole situées aux points de cette ligne.

3. Plus les lignes sont épaisses, plus le champ magnétique est fort dans une région donnée de l'espace..

Le rôle des aiguilles de boussole peut être rempli avec succès par de la limaille de fer : dans un champ magnétique, de petites limailles sont magnétisées et se comportent exactement comme des aiguilles magnétiques.

Alors, versant de la limaille de fer autour aimant permanent, nous verrons approximativement le schéma suivant de lignes de champ magnétique (Fig. 1).

Riz. 1. Champ magnétique permanent

Le pôle nord de l'aimant est indiqué en bleu et la lettre ; le pôle sud - en rouge et la lettre . Notez que les lignes de champ sortent du pôle nord de l'aimant et entrent dans le pôle sud, car c'est vers le pôle sud de l'aimant que pointe l'extrémité nord de l'aiguille de la boussole.

L'expérience d'Oersted

Bien qu'électrique et phénomènes magnétiquesétaient connus des gens depuis l'antiquité, aucune relation entre eux pendant longtemps n'a pas été observé. Pendant plusieurs siècles, les recherches sur l'électricité et le magnétisme se sont poursuivies en parallèle et indépendamment l'une de l'autre.

Le fait remarquable que les phénomènes électriques et magnétiques sont en fait liés les uns aux autres a été découvert pour la première fois en 1820 dans la célèbre expérience d'Oersted.

Le schéma de l'expérience d'Oersted est illustré à la fig. 2 (image de rt.mipt.ru). Au-dessus de l'aiguille magnétique (et - les pôles nord et sud de la flèche) se trouve un conducteur métallique connecté à une source de courant. Si vous fermez le circuit, la flèche devient perpendiculaire au conducteur !
Cette expérience simple indiquait directement la relation entre l'électricité et le magnétisme. Les expériences qui ont suivi l'expérience d'Oersted ont fermement établi le schéma suivant : le champ magnétique est généré par des courants électriques et agit sur les courants.

Riz. 2. L'expérience d'Oersted

L'image des lignes du champ magnétique généré par un conducteur avec courant dépend de la forme du conducteur.

Champ magnétique d'un fil droit avec courant

Les lignes de champ magnétique d'un fil droit transportant du courant sont des cercles concentriques. Les centres de ces cercles reposent sur le fil et leurs plans sont perpendiculaires au fil (Fig. 3).

Riz. 3. Champ d'un fil direct avec courant

Il existe deux règles alternatives pour déterminer la direction des lignes de champ magnétique à courant continu.

règle de l'aiguille des heures. Les lignes de champ vont dans le sens inverse des aiguilles d'une montre lorsqu'elles sont vues afin que le courant circule vers nous..

règle à vis(ou règle de la vrille, ou règle du tire-bouchon- c'est plus proche de quelqu'un ;-)). Les lignes de champ vont là où la vis (avec filetage conventionnel à droite) doit être tournée pour se déplacer le long du filetage dans le sens du courant.

Utilisez la règle qui vous convient le mieux. Il vaut mieux s'habituer à la règle du sens des aiguilles d'une montre - vous verrez par vous-même plus tard qu'elle est plus universelle et plus facile à utiliser (puis rappelez-vous-en avec gratitude la première année où vous étudiez la géométrie analytique).

Sur la fig. 3, quelque chose de nouveau est également apparu : c'est un vecteur, qui s'appelle induction de champ magnétique, ou induction magnétique. Le vecteur d'induction magnétique est un analogue du vecteur d'intensité champ électrique: il sert caractéristique de puissance champ magnétique, déterminant la force avec laquelle le champ magnétique agit sur les charges en mouvement.

Nous parlerons des forces dans un champ magnétique plus tard, mais pour l'instant nous noterons seulement que l'amplitude et la direction du champ magnétique sont déterminées par le vecteur d'induction magnétique. En chaque point de l'espace, le vecteur est dirigé dans la même direction que l'extrémité nord de l'aiguille de la boussole placée en ce point, c'est-à-dire tangente à la ligne de champ dans la direction de cette ligne. L'induction magnétique est mesurée en teslacher(Tl).

Comme dans le cas d'un champ électrique, pour l'induction d'un champ magnétique, Principe de superposition. Elle réside dans le fait que l'induction de champs magnétiques créés en un point donné par différents courants s'additionnent vectoriellement et donnent le vecteur d'induction magnétique résultant :.

Le champ magnétique d'une bobine avec du courant

Considérons une bobine circulaire le long de laquelle circule DC. Nous ne montrons pas la source qui crée le courant dans la figure.

L'image des lignes du champ de notre tour aura approximativement la forme suivante (Fig. 4).

Riz. 4. Champ de la bobine avec courant

Il sera important pour nous de pouvoir déterminer dans quel demi-espace (par rapport au plan de la bobine) le champ magnétique est dirigé. Encore une fois, nous avons deux règles alternatives.

règle de l'aiguille des heures. Les lignes de champ vont là, en regardant d'où le courant semble circuler dans le sens antihoraire.

règle à vis. Les lignes de champ vont là où la vis (avec filetage à droite conventionnel) se déplacerait si elle était tournée dans le sens du courant.

Comme vous pouvez le voir, les rôles du courant et du champ sont inversés - en comparaison avec les formulations de ces règles pour le cas du courant continu.

Le champ magnétique d'une bobine avec du courant

Bobine il se révélera, s'il est serré, bobine à bobine, enroulez le fil en une spirale suffisamment longue (Fig. 5 - image du site en.wikipedia.org). La bobine peut avoir plusieurs dizaines, centaines voire milliers de spires. La bobine est aussi appelée solénoïde.

Riz. 5. Bobine (solénoïde)

Le champ magnétique d'un tour, comme nous le savons, n'a pas l'air très simple. Des champs? les spires individuelles de la bobine se superposent, et il semblerait que le résultat devrait être une image très déroutante. Cependant, ce n'est pas le cas : le champ d'une longue bobine a une structure étonnamment simple (Fig. 6).

Riz. 6. champ de bobine avec courant

Dans cette figure, le courant dans la bobine va dans le sens antihoraire lorsqu'il est vu de gauche (cela se produira si, dans la Fig. 5, l'extrémité droite de la bobine est connectée au "plus" de la source de courant, et l'extrémité gauche à le « moins »). On voit que le champ magnétique de la bobine a deux propriétés caractéristiques.

1. À l'intérieur de la bobine, loin de ses bords, le champ magnétique est homogène: en chaque point, le vecteur d'induction magnétique est le même en grandeur et en direction. Les lignes de champ sont des droites parallèles ; ils ne se plient que près des bords de la bobine lorsqu'ils sortent.

2. A l'extérieur de la bobine, le champ est proche de zéro. Plus il y a de spires dans la bobine, plus le champ extérieur est faible.

Notez qu'une bobine infiniment longue n'émet aucun champ : il n'y a pas de champ magnétique à l'extérieur de la bobine. A l'intérieur d'une telle bobine, le champ est uniforme partout.

Cela ne vous rappelle rien ? Une bobine est la contrepartie "magnétique" d'un condensateur. Vous vous souvenez qu'un condensateur crée un ensemble homogène champ électrique, dont les lignes ne sont pliées qu'à proximité des bords des plaques et à l'extérieur du condensateur, le champ est proche de zéro; un condensateur à plaques infinies ne libère pas du tout le champ, et le champ est uniforme partout à l'intérieur.

Et maintenant - la principale observation. Comparez, s'il vous plaît, l'image des lignes de champ magnétique à l'extérieur de la bobine (Fig. 6) avec les lignes de champ de l'aimant de la Fig. une . C'est la même chose non ? Et maintenant, nous arrivons à une question que vous vous posiez probablement il y a longtemps : si un champ magnétique est généré par des courants et agit sur des courants, alors quelle est la raison de l'apparition d'un champ magnétique à proximité d'un aimant permanent ? Après tout, cet aimant ne semble pas être conducteur de courant !

Hypothèse d'Ampère. Courants élémentaires

Au début, on pensait que l'interaction des aimants était due à des charges magnétiques spéciales concentrées aux pôles. Mais, contrairement à l'électricité, personne ne pouvait isoler la charge magnétique ; après tout, comme nous l'avons déjà dit, il n'était pas possible d'obtenir séparément les pôles nord et sud de l'aimant - les pôles sont toujours présents dans l'aimant par paires.

Les doutes sur les charges magnétiques ont été aggravés par l'expérience d'Oersted, lorsqu'il s'est avéré que le champ magnétique est généré par un courant électrique. De plus, il s'est avéré que pour tout aimant il est possible de choisir un conducteur avec un courant de configuration appropriée, tel que le champ de ce conducteur coïncide avec le champ de l'aimant.

Ampère a avancé une hypothèse audacieuse. Il n'y a pas de charges magnétiques. L'action d'un aimant s'explique par des courants électriques fermés à l'intérieur de celui-ci..

Quels sont ces courants ? Ces courants élémentaires circuler dans les atomes et les molécules ; ils sont associés au mouvement des électrons sur les orbites atomiques. Le champ magnétique de tout corps est constitué des champs magnétiques de ces courants élémentaires.

Les courants élémentaires peuvent être localisés de manière aléatoire les uns par rapport aux autres. Ensuite, leurs champs s'annulent et le corps ne présente pas de propriétés magnétiques.

Mais si les courants élémentaires sont coordonnés, alors leurs champs, s'additionnant, se renforcent mutuellement. Le corps devient un aimant (Fig. 7 ; le champ magnétique sera dirigé vers nous ; le pôle nord de l'aimant sera également dirigé vers nous).

Riz. 7. Courants magnétiques élémentaires

L'hypothèse d'Ampère sur les courants élémentaires a clarifié les propriétés des aimants : chauffer et secouer un aimant détruit l'arrangement de ses courants élémentaires et les propriétés magnétiques s'affaiblissent. L'inséparabilité des pôles de l'aimant est devenue évidente : à l'endroit où l'aimant a été coupé, on obtient les mêmes courants élémentaires aux extrémités. La capacité d'un corps à s'aimanter dans un champ magnétique s'explique par l'alignement coordonné de courants élémentaires qui « tournent » correctement (lire la rotation d'un courant circulaire dans un champ magnétique dans la fiche suivante).

L'hypothèse d'Ampère s'est avérée correcte - elle a montré la poursuite du développement la physique. Le concept de courants élémentaires est devenu partie intégrante de la théorie de l'atome, développée déjà au XXe siècle - près de cent ans après la brillante conjecture d'Ampère.

Comprenons ensemble ce qu'est un champ magnétique. Après tout, beaucoup de gens vivent dans ce domaine toute leur vie et n'y pensent même pas. Il est temps de le réparer !

Un champ magnétique

Un champ magnétique – type particulier question. Il se manifeste par l'action sur les charges électriques en mouvement et les corps qui ont leur propre moment magnétique (aimants permanents).

Attention : un champ magnétique n'agit pas sur les charges stationnaires ! Un champ magnétique est également créé par le déplacement de charges électriques, ou par un champ électrique variant dans le temps, ou par les moments magnétiques des électrons dans les atomes. C'est-à-dire que tout fil traversé par du courant devient également un aimant !

Un corps qui a son propre champ magnétique.

Un aimant a des pôles appelés nord et sud. Les désignations "nord" et "sud" ne sont données que par commodité (comme "plus" et "moins" en électricité).

Le champ magnétique est représenté par forcer les lignes magnétiques. lignes de force sont continues et fermées, et leur direction coïncide toujours avec la direction des forces de champ. Si des copeaux de métal sont dispersés autour d'un aimant permanent, les particules métalliques montreront une image claire des lignes de champ magnétique émergeant du nord et entrant dans le pôle sud. Caractéristique graphique du champ magnétique - lignes de force.

Caractéristiques du champ magnétique

Les principales caractéristiques du champ magnétique sont induction magnétique, Flux magnétique et perméabilité magnétique. Mais parlons de tout dans l'ordre.

Immédiatement, nous constatons que toutes les unités de mesure sont données dans le système SI.

Induction magnétique B – vecteur quantité physique, qui est la principale caractéristique de puissance du champ magnétique. Désigné par lettre B . L'unité de mesure de l'induction magnétique - Tesla (Tl).

L'induction magnétique indique la force d'un champ en déterminant la force avec laquelle il agit sur une charge. Cette force est appelée Force de Lorentz.

Ici q - charge, v - sa vitesse dans un champ magnétique, B - induction, F est la force de Lorentz avec laquelle le champ agit sur la charge.

F- une grandeur physique égale au produit de l'induction magnétique par l'aire du contour et le cosinus entre le vecteur d'induction et la normale au plan du contour parcouru par le flux. Flux magnétique- caractéristique scalaire du champ magnétique.

On peut dire que le flux magnétique caractérise le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans une unité de surface. Le flux magnétique est mesuré en Weberach (WB).

Perméabilité magnétique est le coefficient qui détermine les propriétés magnétiques du milieu. L'un des paramètres dont dépend l'induction magnétique du champ est la perméabilité magnétique.

Notre planète est un immense aimant depuis plusieurs milliards d'années. L'induction du champ magnétique terrestre varie en fonction des coordonnées. À l'équateur, il est d'environ 3,1 fois 10 à la puissance moins cinquième de Tesla. De plus, il existe des anomalies magnétiques, où la valeur et la direction du champ diffèrent considérablement des zones voisines. L'une des plus grandes anomalies magnétiques de la planète - Koursk et Anomalie magnétique brésilienne.

L'origine du champ magnétique terrestre reste un mystère pour les scientifiques. On suppose que la source du champ est le noyau de métal liquide de la Terre. Le noyau est en mouvement, ce qui signifie que l'alliage fer-nickel fondu est en mouvement et que le mouvement des particules chargées est ce qu'il est. électricité, générant un champ magnétique. Le problème est que cette théorie géodynamo) n'explique pas comment le champ est maintenu stable.

La terre est un énorme dipôle magnétique. Les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques, bien qu'ils soient très proches. De plus, les pôles magnétiques de la Terre bougent. Leur déplacement est enregistré depuis 1885. Par exemple, au cours des cent dernières années, le pôle magnétique de l'hémisphère sud s'est déplacé de près de 900 kilomètres et se trouve maintenant dans l'océan Austral. Le pôle de l'hémisphère arctique se déplace à travers l'océan Arctique vers l'anomalie magnétique de la Sibérie orientale, la vitesse de son déplacement (selon les données de 2004) était d'environ 60 kilomètres par an. Maintenant, il y a une accélération du mouvement des pôles - en moyenne, la vitesse augmente de 3 kilomètres par an.

Quelle est la signification du champ magnétique terrestre pour nous ? Tout d'abord, le champ magnétique terrestre protège la planète des rayons cosmiques et du vent solaire. Les particules chargées de l'espace lointain ne tombent pas directement sur le sol, mais sont déviées par un aimant géant et se déplacent le long de ses lignes de force. Ainsi, tous les êtres vivants sont protégés des rayonnements nocifs.

Au cours de l'histoire de la Terre, il y a eu plusieurs inversions(changements) de pôles magnétiques. Inversion de pôle c'est quand ils changent de place. La dernière fois que ce phénomène s'est produit il y a environ 800 000 ans et il y a eu plus de 400 inversions géomagnétiques dans l'histoire de la Terre.Certains scientifiques pensent que, compte tenu de l'accélération observée du mouvement des pôles magnétiques, la prochaine inversion des pôles devrait être attendu dans les prochains milliers d'années.

Heureusement, aucune inversion des pôles n'est attendue dans notre siècle. Ainsi, vous pouvez penser à l'agréable et profiter de la vie dans le bon vieux champ constant de la Terre, après avoir pris en compte les principales propriétés et caractéristiques du champ magnétique. Et pour que vous puissiez le faire, il y a nos auteurs, à qui l'on peut confier certains des problèmes éducatifs avec confiance dans le succès! et d'autres types de travaux que vous pouvez commander sur le lien.

Lignes de champ magnétique

Les champs magnétiques, comme les champs électriques, peuvent être représentés graphiquement à l'aide de lignes de force. Une ligne de champ magnétique, ou une ligne d'induction de champ magnétique, est une ligne dont la tangente en chaque point coïncide avec la direction du vecteur d'induction de champ magnétique.

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Riz. 1.2. Lignes de force du champ magnétique à courant continu (a),

courant circulaire (b), solénoïde (c)

Les lignes de force magnétiques, comme les lignes électriques, ne se croisent pas. Ils sont dessinés avec une telle densité que le nombre de lignes traversant une surface unitaire qui leur est perpendiculaire est égal (ou proportionnel à) l'amplitude de l'induction magnétique du champ magnétique à un endroit donné.

Sur la fig. 1.2 un les lignes de champ du champ de courant continu sont représentées, qui sont des cercles concentriques, dont le centre est situé sur l'axe du courant, et la direction est déterminée par la règle de la vis droite (le courant dans le conducteur est dirigé vers le lecteur ).

Les lignes d'induction magnétique peuvent être "montrées" à l'aide de limaille de fer magnétisée dans le champ étudié et se comportant comme de petites aiguilles magnétiques. Sur la fig. 1.2 b montre les lignes de force du champ magnétique du courant circulaire. Le champ magnétique du solénoïde est représenté sur la fig. 1.2 dans.

Les lignes de force du champ magnétique sont fermées. Les champs avec des lignes de force fermées sont appelés champs tourbillonnaires. Évidemment, le champ magnétique est un champ vortex. C'est la différence essentielle entre un champ magnétique et un champ électrostatique.

Dans un champ électrostatique, les lignes de force sont toujours ouvertes : elles commencent et finissent à charges électriques. Les lignes de force magnétiques n'ont ni début ni fin. Cela correspond au fait qu'il n'y a pas de charges magnétiques dans la nature.

1.4. Loi Biot-Savart-Laplace

Les physiciens français J. Biot et F. Savard ont mené en 1820 une étude des champs magnétiques créés par des courants circulant à travers des fils minces diverses formes. Laplace a analysé les données expérimentales obtenues par Biot et Savart et a établi une relation appelée loi de Biot-Savart-Laplace.

Selon cette loi, l'induction d'un champ magnétique de n'importe quel courant peut être calculée comme une somme vectorielle (superposition) des inductions de champs magnétiques créés par des sections élémentaires individuelles du courant. Pour l'induction magnétique du champ créé par un élément de courant de longueur, Laplace a obtenu la formule :

, (1.3)

où est un vecteur, modulo égal à la longueur de l'élément conducteur et coïncidant en direction avec le courant (Fig. 1.3) ; est le rayon vecteur tiré de l'élément jusqu'au point où ; est le module du rayon vecteur .

Il y a environ deux mille cinq cents ans, les gens ont découvert que certains pierres naturelles ont la capacité d'attirer le fer. Cette propriété s'expliquait par la présence d'une âme vivante dans ces pierres, et un certain "amour" pour le fer.

Aujourd'hui, nous savons déjà que ces pierres sont aimants naturels, et le champ magnétique, et pas du tout un emplacement spécial pour le fer, crée ces effets. Un champ magnétique est un type particulier de matière qui diffère de la matière et existe autour des corps magnétisés.

aimants permanents

Les aimants naturels, ou magnétites, ne sont pas très puissants Propriétés magnétiques. Mais l'homme a appris à créer des aimants artificiels qui ont une force beaucoup plus grande du champ magnétique. Ils sont constitués d'alliages spéciaux et magnétisés par un champ magnétique externe. Après cela, vous pouvez les utiliser vous-même.

Lignes de champ magnétique

Tout aimant a deux pôles, on les appelle pôles nord et sud. Aux pôles, la concentration du champ magnétique est maximale. Mais entre les pôles, le champ magnétique est également localisé non pas arbitrairement, mais sous forme de rayures ou de lignes. On les appelle lignes de champ magnétique. Leur détection est assez simple - il suffit de placer de la limaille de fer dispersée dans un champ magnétique et de les secouer légèrement. Ils ne seront pas situés arbitrairement, mais formeront, pour ainsi dire, un motif de lignes commençant à un pôle et se terminant à l'autre. Ces lignes, pour ainsi dire, sortent d'un pôle et entrent dans l'autre.

La limaille de fer dans le champ de l'aimant lui-même est magnétisée et placée le long des lignes de force magnétiques. C'est ainsi que fonctionne la boussole. Notre planète est un gros aimant. L'aiguille de la boussole capte le champ magnétique terrestre et, en tournant, se situe le long des lignes de force, une extrémité pointant vers le pôle nord magnétique, l'autre vers le sud. Les pôles magnétiques de la Terre sont un peu éloignés géographiquement, mais lorsque vous vous éloignez des pôles, cela ne change rien. de grande importance, et on peut les considérer comme identiques.

Aimants variables

La portée des aimants à notre époque est extrêmement large. On les trouve à l'intérieur des moteurs électriques, des téléphones, des haut-parleurs, des radios. Même en médecine, par exemple, lorsqu'une personne avale une aiguille ou un autre objet en fer, il peut être retiré sans intervention chirurgicale avec une sonde magnétique.

> Lignes de champ magnétique

Comment déterminer lignes de champ magnétique: un diagramme de la force et de la direction des lignes de champ magnétique, à l'aide d'une boussole pour déterminer les pôles magnétiques, dessin.

Lignes de champ magnétique utile pour afficher visuellement la force et la direction d'un champ magnétique.

Tâche d'apprentissage

• Corréler la force du champ magnétique avec la densité des lignes du champ magnétique.

Points clés

• La direction du champ magnétique affiche les aiguilles de la boussole touchant les lignes de champ magnétique à n'importe quel point spécifié.
• La force du champ B est inversement proportionnelle à la distance entre les lignes. Il est également exactement proportionnel au nombre de lignes par unité de surface. Une ligne n'en croise jamais une autre.
• Le champ magnétique est unique à chaque point de l'espace.
• Les lignes ne sont pas interrompues et créent des boucles fermées.
• Les lignes s'étendent du pôle nord au pôle sud.

Conditions

• Les lignes de champ magnétique sont une représentation graphique de l'amplitude et de la direction d'un champ magnétique.
• Le champ B est synonyme de champ magnétique.

Lignes de champ magnétique

Enfant, Albert Einstein aurait aimé regarder la boussole, pensant à la façon dont l'aiguille ressentait la force sans contact physique direct. Une réflexion profonde et un intérêt sérieux ont conduit l'enfant à grandir et à créer sa théorie révolutionnaire de la relativité.

Puisque les forces magnétiques affectent les distances, nous calculons les champs magnétiques pour représenter ces forces. Les graphiques linéaires sont utiles pour visualiser la force et la direction d'un champ magnétique. L'allongement des lignes indique l'orientation nord de l'aiguille de la boussole. Le champ magnétique s'appelle le champ B.

(a) - Si une petite boussole est utilisée pour comparer le champ magnétique autour d'un barreau aimanté, elle indiquera bonne direction du pôle nord au sud. (b) - L'ajout de flèches crée lignes continues champ magnétique. La force est proportionnelle à la proximité des lignes. (c) - Si vous pouvez examiner l'intérieur de l'aimant, les lignes seront affichées sous la forme de boucles fermées

Il n'y a rien de difficile à faire correspondre le champ magnétique d'un objet. Tout d'abord, calculez la force et la direction du champ magnétique à plusieurs endroits. Marquez ces points avec des vecteurs pointant dans la direction du champ magnétique local avec une amplitude proportionnelle à sa force. Vous pouvez combiner des flèches et former des lignes de champ magnétique. La direction en tout point sera parallèle à la direction des lignes de champ les plus proches, et la densité locale peut être proportionnelle à la force.

Les lignes de force du champ magnétique ressemblent à des courbes de niveau sur cartes topographiques, parce qu'ils montrent quelque chose de continu. De nombreuses lois du magnétisme peuvent être formulées en termes simples, comme le nombre de lignes de champ à travers une surface.

Direction des lignes de champ magnétique, représentée par l'alignement de la limaille de fer sur du papier placé au-dessus d'un barreau aimanté

Divers phénomènes affectent l'affichage des lignes. Par exemple, la limaille de fer sur une ligne de champ magnétique crée des lignes qui correspondent aux lignes magnétiques. Ils sont également affichés visuellement dans les aurores.

Une petite boussole envoyée dans le champ s'aligne parallèlement à la ligne de champ, le pôle nord pointant vers B.

Des boussoles miniatures peuvent être utilisées pour montrer les champs. (a) - Le champ magnétique du circuit de courant circulaire ressemble à un champ magnétique. (b) - Un fil long et droit forme un champ avec des lignes de champ magnétique créant des boucles circulaires. (c) - Lorsque le fil est dans le plan du papier, le champ apparaît perpendiculaire au papier. Notez quels symboles sont utilisés pour la boîte pointant vers l'intérieur et vers l'extérieur

Une étude détaillée des champs magnétiques a permis de déduire un certain nombre de règles importantes :

• La direction du champ magnétique touche la ligne de champ en tout point de l'espace.
• La force du champ est proportionnelle à la proximité de la ligne. Il est également exactement proportionnel au nombre de lignes par unité de surface.
• Les lignes du champ magnétique ne se heurtent jamais, ce qui signifie qu'en tout point de l'espace, le champ magnétique sera unique.
• Les lignes restent continues et suivent du nord au pôle sud.

La dernière règle est basée sur le fait que les pôles ne peuvent pas être séparés. Et ceci est différent des lignes de champ électrique, dans lesquelles la fin et le début sont marqués par des charges positives et négatives.