1.7–8. Магнитно взаимодействие.
Магнитни материали


Въпроси

1. По какви начини може да бъде намагнитена желязна пръчка?

Отговор.

Желязна пръчка може да бъде намагнитена по два начина: или като я поставим по оста на намотка, по която тече постоянен ток, или като движим по нея многократно и еднопосочно един от полюсите на постоянен магнит. (При движение в обратна посока магнитът се отдалечава от пръчката, за да не я размагнитва.)


2. Всички тела ли могат да се намагнитят? Посочете примери. Сравнете явлението намагнитване с явлението наелектризиране на телата.
Отговор.

Могат да се намагнитват само телата от феромагнитни вещества – желязо, никел, кобалт, техни сплави и др. Приликата между наелектризирането чрез триене и намагнитването чрез натриване с постоянен магнит е външна: при наелектризирането от тялото се отнемат или му се придават електрони, а при намагнитването не се придават или отнемат магнитни полюси. Намагнитването на желязна пръчка в магнитно поле прилича на поляризацията на диелектрик в електрично поле: при премахване на полето и поляризацията, и намагнитването изчезват. Ако обаче пръчката е от стомана, а тялото, което поставяме в електрично поле – проводник, и отведем част от индуцираните заряди в земята, след премахване на съответните полета, и намагнитването на пръчката, и наелектризирането на проводника остават.


3. Защо магнитната стрелка на компаса се ориентира винаги в посока север–юг?
Отговор.

Стрелката на компаса се ориентира винаги в посока север–юг, защото токовете, които текат в земните недра, създават магнитно поле като на пръчковиден магнит, чиито полюси се намират близо до географските полюси.


4. По какви начини можем да установим, че около прав проводник, по който тече електричен ток, се създава магнитно поле?
Отговор.

Наличието на магнитно поле около прав проводник, по който тече ток, можем да установим:
– като поставяме около проводника магнитна стрелка и следим как се променя ориентацията й, когато я местим от точка в точка;
– като посипем върху картон железни стърготини, поставим го около проводника и след почукване по него следим формата на очертаните от стърготините магнитни индукционни линии.


5. От кои величини зависи магнитната сила, действаща на един токов елемент?
Отговор.

Магнитната сила, действаща върху един токов елемент, зависи от магнитната индукция в точката, в която се намира елементът, от ъгъла, заключен от него и индукцията, и от дължината на самия елемент и тока през него.


6. Колко е магнитната сила, действаща на токов елемент, който е успореден на индукцията на магнитното поле?
Отговор.

Върху токов елемент, който е успореден на магнитната индукция на полето, не действа магнитна сила.


7. Как може да се определи направлението на магнитната индукция в дадена точка от полето?
Отговор.

Посоката на магнитната индукция в дадена точка може да се определи, като в точката поставим:
– токов елемент и променяме посоката му, докато установим, че действащата на елемента магнитна сила стане нула, след което приложим правилото на дясната ръка;
– магнитна стрелка – посоката от южния към северния й полюс показва посоката на магнитната индукция.


8. От какво зависи магнитната индукция на полето в една точка?
Отговор.

Магнитната индукция в дадена точка от полето зависи от:
– разстоянието до и ориентацията спрямо източника на полето;
– формата и размерите на проводника, по който тече токът, създаващ полето;
– големината на тока, който създава полето.


9. Какви начини знаете за увеличаване на магнитната сила, с която хомогенно магнитно поле действа на прав проводник, когато по него тече ток?
Отговор.

Големината на магнитната сила, с която хомогенно магнитно поле действа на прав проводник, когато по него тече ток, може да се увеличи, като се увеличи:
– токът през проводника;
– ъгълът между проводника и индукцията на полето (ако не е 90°);
– индукцията на полето.


10. Как ще се промени магнитната сила, действаща на един от два успоредни проводника, по които текат токове, когато сменим: а) посоката на тока по проводника, на който действа силата; б) посоката на тока по другия проводник; в) посоките и на двата тока?
Отговор.

При отговора на въпроса трябва да се отчитат следните правила:
– при промяна на посоката на тока в един проводник, посоката на магнитната индукция във всяка точка на пространството се сменя на противоположна на тази, която е била преди промяната;
– посоката на магнитните индукционни линии на ток по прав проводник се определя по правилото на свитите пръсти на дясната ръка;
– посоката на магнитната сила зависи от посоките на тока и на магнитната индукция и се определя от правилото на изпънатите пръсти на дясната ръка.
От комбинирането на тези правила следва, че когато токовете са еднопосочни, проводниците се привличат, а когато токовите са с противоположни посоки, проводниците се отблъскват. Следователно, когато се смени посоката на тока в един от проводниците, сменя се на противоположна и посоката на силата, която му действа (случай а)). Променя са на противоположна и посоката на силата, която действа на другия проводник (случай б)). Ако обаче едновременно се сменят посоките на двата тока, силите не се променят (случай в)).


11. В коя посока ще се завърти рамката
от фигурата?
Отговор.

Според поляритета на източника на ЕДН, в горната, хоризонтална част на рамката, посоката на тока е от по-близкия към по-далечния връх на правоъгълника. В такъв случай, като приложим правилото на изпънатите пръсти на дясната ръка (палецът – по посока на тока, останалите пръсти – по посока на полето), установяваме, че действащата на тази страна сила е насочена надясно. По същия начин определяме, че на долната страна действа сила в противоположната посока, а силите, които действат на вертикалните страни, са нула. Следователно, гледано откъм страната на източника, рамката ще се завърти в посока на движението на часовниковите стрелки.


12. Каква магнитна сила действа на електрон, движещ се по оста на намотка, по която тече ток?
Отговор.

Когато електрон се движи по оста на намотка, по която тече ток, действащата му магнитна сила е нула.


13. Защо магнитната сила не променя голе­мината на скоростта на частиците?
Отговор.

Магнитната сила не променя големината на скоростта на частиците, защото е перпендикулярна на скоростта, а сила, перпендикулярна на движението, не извършва работа. Големината на скоростта се променя само когато някаква сила извършва работа.


14. Прав проводник, по който тече ток І, е поставен перпендикулярно на хомогенно магнитно поле с индукция В. Колко работа ще извършат действащите върху проводника магнитни сили при преместването му на разстояние s по посока на полето?
Отговор.

Според правилото на изпънатите пръсти на дясната ръка магнитната сила е перпендикулярна на полето. По условие, преместването е по-посока на полето, т.е. – перпендикулярно на силата. Тъй като, когато една сила е перпендикулярна на преместването, тя не извършва работа, в описания случай работата на магнитната сила е нула.


15. По какво се различава поведението на диа- и парамагнитните вещества във външно поле?
Отговор.

Тела, направени от парамагнитно вещество, се привличат от магнит, а тела от диамагнитно вещество се отблъскват от магнита. Поради тази причина стрелка от парамагнитно вещество се ориентира по посока на магнитното поле, а от диамагнитно вещество се ориентира перпендикулярно на полето.


16. Как влияят диа-, пара- и феро­маг­нитните вещества на магнитното поле, в което са внесени?
Отговор.

В тяло от диамагнетик магнитното поле е малко по-слабо, в тяло от парамагнетик – малко по-силно, а в тяло от феромагнетик – много по-силно, отколкото в пространството около него.


17. Кои са особените свойства на феромагнитните вещества?
Отговор.

Основните особености на феромагнетиците са:
– усилват многократно магнитното поле;
– намагнитването им зависи не само от това какво е намагнитващото поле в даден момент, но и от това какво е било в предишни моменти;
– дори когато намагнитващото поле изчезне, в тях има някакво остатъчно намагнитване.


18. По какво се различават магнитно меките от магнитно твърдите материали?
Отговор.

След отстраняване на намагнитващата причина остатъчното намагнитване в магнитно твърдите материали е по-голямо, а в магнитно меките – по-малко.


19. От какви материали се изработват постоянните магнити? Защо? А сърцевините на елект­ромагнитите?
Отговор.

Постоянните магнити се изготвят от магнитно твърди материали, защото те трябва да запазят магнитните си свойства и след премахване на полето, което ги е намагнитило. Сърцевините на електромагнитите са от магнитно меки материали, защото те трябва да проявяват магнитните си свойства само когато в намотките им тече ток.



Задачи

1. Колко е големината на магнитната индукция, ако максималната сила, действаща на участък от проводник с дължина 1 сm, по който тече ток 5 А, е 2 mN?

Решение.

Дадено: Fmax = 2 mN = 2.10-3 N, l = 1 cm = 2.10-2 m, I = 5 A.
               Търси се: В.
Индукцията на полето определяме по формулата: .

2. С каква сила действа хомогенно магнитно поле с ин­дукция 20 mT върху участък с дължина 10 cm от проводник, по който тече ток 50 А, ако проводникът е перпендикулярен на полето?

Решение.

Дадено: B = 20 mT = 20.10-3 T, l = 10 cm = 0,1 m, I = 50 A.
              Търси се: F.
            Магнитната сила намираме по формулата: F = BIl = (20.10-3 T)(0,1 m)(50 A) = 0,1 N.


3. Прав проводник с дължина 0,25 m е поставен перпендикулярно на хомогенно магнитно поле с индукция 1 Т. При какъв ток по проводника магнитната сила, която му действа, би била 9,81 N? ( 9,81 N е силата на тежестта, действаща на тяло с маса 1 kg.)

Решение.

Дадено: В = 1 Т, l = 0,25 m, F = 9,81 N.
                Търси се: I.
               Тъй като проводникът и полето са перпендикулярни, от закона на Ампер F = IBl  намираме:                                                 А.


4. Протон с маса m = 1,67.10-27 kg  и електричен заряд e = 1,60.10-19 C навлиза със скорост v = 1,55.105 m/s в хомогенно магнитно поле с индукция B = 18,5 mT перпендикулярно на полето. Пресметнете големината на магнитната сила, която действа на протона, и я сравнете със силата на неговата тежест.

Решение.

Дадено: m = 1,67.10-27 kg, e = 1,60.10-19 C, v = 1,55.105 m/s, B = 18,5.10-3 T.
                Търси се: F.
            Големината на магнитната сила пресмятаме по формулата:
                         N.
            Силата на тежестта, действаща на протона, е:
                         N, където g е земното ускорение. Вижда се, че магнитната сила превъзхожда по големина силата на тежестта на протона повече от десет милиарда пъти.










 

Учебно съдържание Самопроверка
>> Въпроси и задачи