Усиление поля катушки
Меняй ток, число витков и сердечник. Направление стрелок и относительный индекс показывают разные свойства поля.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Длина катушки фиксирована. Индекс ∝ N·|I| с условным множителем 3 для сердечника; насыщение, нагрев и остаточная намагниченность не рассчитываются.
Поле прямого провода
Вокруг длинного прямого проводника с током магнитные линии имеют вид окружностей в плоскостях, перпендикулярных проводу. Их центры лежат на оси провода. Чем дальше от проводника, тем слабее его поле при прочих равных.
На рисунке сечений точка обозначает ток к наблюдателю, как наконечник стрелы; крест — от наблюдателя, как хвост стрелы. Эти символы показывают направление тока, а не знак заряда провода.
| Символ тока | Куда направлен | Поле на рисунке |
|---|---|---|
| ⊙ | К наблюдателю | Против часовой стрелки |
| ⊗ | От наблюдателя | По часовой стрелке |
Направление поля вокруг прямого тока связано с направлением тока.
Почему окружность вокруг провода не является траекторией электрона?
Электроны дрейфуют вдоль провода. Окружность изображает направление магнитного поля вокруг него.
Правило правой руки
Обхвати мысленно провод правой рукой так, чтобы большой палец показывал условное направление тока. Согнутые пальцы покажут направление магнитных линий. Для противоположного тока направление обхода изменится.
Для катушки правило формулируют иначе: четыре пальца направляют по току в витках, а отставленный большой палец показывает направление поля внутри катушки и её северный конец. Не подменяй условный ток движением электронов.
Прямой провод
Большой палец по току
Охват
Пальцы по магнитным линиям
Катушка
Пальцы по току витков, большой палец к N
Правило правой руки применяют к условному направлению тока.
Если ориентироваться по движению электронов, что нужно учесть?
В металле оно противоположно току. Сначала восстанови направление тока, затем применяй правило.
Модель катушки с магнитным сердечником
Витки и сердечник помогают усилить магнитное действие тока.
Svjo · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Демонстрационный электрический двигатель
Магнитное действие электрического тока используют для получения движения.
Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Катушка похожа на полосовой магнит
Магнитные поля витков складываются. Внутри достаточно длинной катушки поле близко к однородному вдали от краёв; снаружи линии замыкаются, как у полосового магнита. Катушка имеет два магнитных полюса.
Изменение направления тока меняет полюсы местами. Увеличение тока или числа витков на единицу длины обычно усиливает поле. Увеличение просто числа витков при одновременном изменении длины требует отдельного сравнения.
| Изменение | Результат при прочих равных |
|---|---|
| Обращение тока | Полюсы меняются местами |
| Рост тока | Поле усиливается |
| Больше витков при прежней длине | Поле усиливается |
Катушка с током создаёт поле, похожее на поле полосового магнита.
Почему важно уточнять длину катушки?
Поле зависит не только от общего числа витков, но и от того, как плотно они расположены вдоль её длины.
Сердечник и применение
Железный сердечник намагничивается и усиливает поле катушки. Так получают электромагнит, которым можно управлять электрическим током. Реальный эффект зависит от материала, формы, зазоров и насыщения сердечника.
В интерактиве показан относительный индекс силы поля при фиксированной длине. Он помогает увидеть влияние тока, витков и сердечника, но не вычисляет грузоподъёмность. Электромагниты используют в реле, звонках, приводах и подъёмных устройствах.
Катушка с током
Создаёт поле
Сердечник
Намагничивается и усиливает действие
Управление
Изменяем ток и режим
Устройство
Получаем переключение или движение
Сердечник может усилить магнитное действие катушки.
Почему нельзя бесконечно усиливать электромагнит током?
Провод нагревается, источник ограничен, сердечник может насыщаться. Реальное устройство имеет допустимые режимы, которых простой индекс не описывает.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 31. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 31. проводника и катушки.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.