g9f-2.4· Глава 2: Магнитное поле· ~12 мин

Электромагнит и магнитные свойства веществ

Соленоид, электромагнит, их применение и магнитная проницаемость

Внутри соленоида (катушки) с током возникает магнитное поле; если внутрь катушки поместить железный сердечник, поле резко усиливается — получается электромагнит. Чтобы усилить магнитное поле электромагнита, можно увеличить силу тока и число витков (обмотки), а также добавить железный сердечник. Электромагниты используются в таких устройствах, как электрический звонок, реле, подъёмный кран и электродвигатель. Вещества по-разному реагируют на магнитное поле; это характеризует магнитная проницаемость μ\mu: ферромагнетики (железо, никель — μ≫1\mu \gg 1) сильно усиливают поле, парамагнетики (μ\mu немного >1> 1) усиливают его слабо, а диамагнетики (μ\mu немного <1< 1) ослабляют. Индукция в катушке с сердечником вычисляется по формуле B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0, где B0B_0 — индукция катушки без сердечника (пустой).

📌Пример

Например: при B0=0,002B_0 = 0{,}002 Тл и μ=300\mu = 300 получаем B=300⋅0,002=0,6B = 300 \cdot 0{,}002 = 0{,}6 Тл.

Ключевые термины

Соленоид (катушка) — Катушка, намотанная из проволоки, внутри которой при прохождении тока возникает магнитное поле.
Электромагнит — Катушка с током, внутрь которой помещён железный сердечник; при отключении тока теряет намагниченность.
Магнитная проницаемость μ\mu — Величина, характеризующая, во сколько раз вещество изменяет магнитное поле; B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0.
Ферромагнетик — Вещество с μ≫1\mu \gg 1 (железо, никель, кобальт); резко и сильно усиливает магнитное поле.
Парамагнетик — Вещество, у которого μ\mu немного больше 1 (алюминий); усиливает поле незначительно, слабо.
Диамагнетик — Вещество с μ<1\mu < 1 (медь); немного ослабляет магнитное поле.
Магнитные свойства веществ
ТипМагнитная проницаемость μ\muВлияние на полеПример
Ферромагнетикμ≫1\mu \gg 1Резко усиливаетЖелезо, никель, кобальт
Парамагнетикμ\mu немного >1> 1Слабо усиливаетАлюминий
Диамагнетикμ<1\mu < 1Немного ослабляетМедь

Магнитная проницаемость μ\mu определяет реакцию вещества на магнитное поле.

Формула индукции в катушке
ВеличинаОбозначениеФормулаЕдиница
Магнитная индукцияBBB=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0Тл
Индукция катушки без сердечникаB0B_0B0=B/μB_0 = B / \muТл
Магнитная проницаемостьμ\muμ=B/B0\mu = B / B_0безразмерная

Индукция катушки с сердечником в μ\mu раз больше, чем у катушки без сердечника.

✎Нахождение индукции при установке сердечника
  1. 1Дано: B0=0,002B_0 = 0{,}002 Тл, μ=300\mu = 300, B=?B = ?
  2. 2Формула: B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0
  3. 3Подставляем: B=300⋅0,002B = 300 \cdot 0{,}002
  4. 4Ответ: B=0,6B = 0{,}6 Тл
✎Нахождение магнитной проницаемости
  1. 1Дано: B0=0,004B_0 = 0{,}004 Тл, B=0,8B = 0{,}8 Тл, μ=?\mu = ?
  2. 2Формула: B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0, отсюда μ=B/B0\mu = B / B_0
  3. 3Подставляем: μ=0,8/0,004\mu = 0{,}8 / 0{,}004
  4. 4Ответ: μ=200\mu = 200
🚫Частая ошибка

Индукция вычисляется не сложением (μ+B0\mu + B_0) и не делением (B0/μB_0 / \mu), а произведением B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0.

⚠️Внимание

Обратите внимание на запятую: 400⋅0,003=1,2400 \cdot 0{,}003 = 1{,}2 Тл, а не 0,12. Правильное действие — умножение.

💡Заметка

Есть три способа усилить поле: увеличить ток, увеличить число витков, поместить железный сердечник.

💡Заметка

Преимущество электромагнита: отключив ток, груз (в кране, сепараторе) можно отпустить в любой момент.

⚠️Внимание

Для сердечника берут мягкое железо: при отключении тока оно быстро теряет намагниченность, а сталь сохраняет остаточную намагниченность.

Правила

  1. 1Электромагнит — это катушка с током, внутрь которой помещён железный сердечник.
  2. 2Поле можно усилить, увеличив силу тока, число витков и добавив железный сердечник.
  3. 3Магнитная проницаемость μ\mu: ферромагнетик (μ≫1\mu \gg 1), парамагнетик (μ>1\mu > 1), диамагнетик (μ<1\mu < 1).
  4. 4Индукция в катушке с сердечником: B=μ⋅B0B = \mu \cdot B_0.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс