磁场

Physics II

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Overview

资料来源: 陈博士体育永,物理系 & 天文学、 科技大学、 普渡大学、 西拉斐特,在

可以通过移动的电荷,比如电流生成磁场。从麦克斯韦方程,可以计算电流产生的磁场。此外,如条形磁铁的磁性物体也可以产生磁场由于收费内部材料的微观动力学。磁场会产生磁力的其他运动电荷或磁性物体,与部队磁场成正比。磁场对电磁学至关重要,背后许多实际的应用,从指南针到磁共振成像。

本实验将展示由常驻条形磁铁以及电流,使用小罗盘针配合磁场的磁铁产生的磁场。本实验还将演示一个对另一个载流导线的电流产生的磁场所施加的力。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 物理学精要 II. 磁场. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

可以通过移动收费 (如电流) 或"永久磁铁"产生磁场 (通常称为"B 字段") (如共同的条形磁铁) 磁性材料 (如铁) 制成。如果你跟随局部磁场的方向给出向量场线的痕迹,这些行 (其正切反映了局部的磁场,方向和线的密度反映了局部磁场的强度) 被称为"磁感线"。他们是帮助可视化的分布和磁场方向的虚拟线。

例如,长直导线电当前将产生在周围空间的磁场: 磁场的大小是当前成正比,反比于距离 r 从导线;和 (由"磁场线") 的磁场的方向沿圆的切线方向 (由所谓"右手定则",与拇指指向当前和周围的磁场方向卷曲的手指沿) 导线周围,描绘在图 1a。电磁阀 (由很多的转折电流回路或线圈) 会产生一个磁场,也是线圈中的电流成正比和多数统一和沿长轴内电磁阀 (也确定由右手定则,用手指卷曲电流和拇指指向沿磁场周围),但传播,外面 (磁场线将返回到电磁阀的另一端) 电磁衰变图 1b所示。磁场模式产生一个酒吧的磁铁是由一个螺线管,类似于与磁场线离开北极的磁铁和进入南极的磁铁,如图 1 c所示。

Figure 1

图 1:图显示磁场模式 (由磁场线可视化) 生成由直线电流 ()、 (b),螺线管和酒吧磁铁 (c)。

磁场 (B) 亦会根据其他磁性物体和运动电荷。一小块磁铁 (如一个罗盘针) 放在磁场中会倾向于与当地磁场对齐 (意味着南北轴栏的磁铁是沿方向的局部的磁场,这也是罗盘针如何检测地球的磁场的方向)。磁场会产生上匀速运动点电荷的洛仑兹力。力是局部磁场 (B)、 充电 (q) 和它的速度 (v) 成正比,和在垂直于运动和磁场的方向点。洛仑兹力向量 (F) v 与 B 之间的矢量积成正比,并给出:

Equation 1

因此,当 F 为零时,运动方向平行于磁场方向但否则会弯曲电荷的运动轨迹。由于洛仑兹力,磁场也作用力当前的载流导线 (只要当前不是平行于磁场方向的)。

Procedure

<>

1.可视化磁场线

  1. 获得一段直导线 (至少几厘米长) 和一个直流电流源。
  2. 获得一个盘子中间和几个小罗盘针板上的有孔,每个安装在一根针和自由旋转。
  3. 所以直线的节是垂直于该板,导线饲料通过洞。图 2a所示,将导线连接到直流电流源。用夹,可以通过电缆进行连接。
  4. 打开当前源和供应 +5 A 导线中电流。观察的行为的罗盘针。
  5. 反向电流到 − 5 A 并再次观察的罗盘针的行为。
  6. 断开连接并删除导线和电流源。获取并带来永久的接近板从身边的磁铁靠近到板,北边酒吧磁铁具有向理事会,其长轴平行,如图 2b所示。观察的行为的罗盘针。
  7. 翻转栏的方向与现在的磁铁,到板更接近其南端。观察的行为的罗盘针。

Figure 2

图 2: 显示使用 () 的实验装置在直线段的线垂直板并通过中心孔上运行板; 流动的电流图或者 (b) 条形磁铁靠近板和面向垂直于板,可产生磁场,将东方局部磁场方向板上的罗盘针。

2.磁场的影响

  1. 获得两个长和平行导线固定在一个框架上如图 3a所示。如果需要一个可以使用木两个双杠 (顶部和底部)、 锚索或磁带到两条导线的两端。
  2. 使用电缆和夹来连接两根电线系列和动力源,用一根导线连接到底部年底其他电线,如图 3a所示的顶端。
  3. 打开电源,将电流方向相同 (流动从顶部到底部) 中的两条电线。观察这两根电线上电流时。
  4. 关闭并断开电源,现在重新连接的两条电线,这样他们现在再一次以串联方式连接到源,但顶部两端的两条电线短路,如图 3b所示。
  5. 现在打开电源并观察电流会流经方向相反的两条电线。观察这两根电线。

Figure 3

图 3: 图显示实验装置由两个平行钢丝与 () 相同或相反的 (b) 方向流动的电流。

磁场对电磁学至关重要,背后许多实际的应用,从指南针到磁共振成像。

可以通过移动的电荷,如一股电流或由于收费内磁性材料的微观动力学的磁铁棒如对象生成磁场或 B 字段。

此视频将说明如何可视化磁场产生的载流导体和永久磁铁棒。此外,这个视频还将演示一个对另一个载流导线的电流产生的磁场所施加的力。

可以使用磁场线可视化磁场。这些都是帮助理解的分布和磁场方向的虚拟线路。

从磁场线切线反映了局部方向的磁场和行镜子的密度的局部磁场,在一家酒吧的情况下磁铁随我们离开它的表面强度。不同电流导体配置产生不同的磁场分布的变化。

例如,长直导线的电流产生的磁场,其方向为代表的"磁场线",是沿导线周围圆的切线方向。

情况下磁棒,磁感线离开磁体的北极,进入南极的磁铁。这是类似于由电磁阀是载流圆线圈产生的磁场模式。

可以通过"右手定则"确定电流产生的磁场的方向。规则规定,是否拇指点沿电流的方向,手指卷曲在导体周围表明磁场的方向。因此,条形磁铁,当靠近导体,与生成的局部磁场对齐。

现在我们知道,任何导体或磁铁,产生的磁场分布,与附近磁性材料进行交互。此外,生成的磁场与移动电荷,像那些在第二个载流导体发现也有很强的交互。

匀速运动点电荷 'q' 引入时在磁场中 'B',场的作用力 'F' 充电。这叫做洛仑兹力。力是成正比的磁场 'B'、 充电 'q' 和 'v',其速度和由电荷和磁场时间充电速度矢量积。该部队因此点方向垂直于这两个运动的电荷和磁场由"右手拇指规则"。

在复查了磁场的基本知识,让我们执行一个简单的实验来可视化这些磁场线和说明所生成的磁场施加的洛仑兹力如何影响平行载流导线。

收集必要的材料和文书,即直流电流源、 塑料板装有几个罗盘针和直导线穿过它的中心和一个永久磁铁棒。

观察它的中心有孔的塑料板。这样的针是能自由旋转,它被安装与使用的针脚,中心孔周围的几个罗盘针。

此外需注意,导线美联储通过中心孔的板。确保电线是垂直于板。将导线连接到直流供电电缆用夹钳。

打开电流源和套 + 5 安培的电流供应。观察的行为的罗盘针。

接下来,关闭电源并切换的正面和负面的电缆。然后在此基础上,开启电源,反转的流过导线的电流方向,再次观察罗盘针。

现在打开关闭和断开当前供应并获得类似的塑料板,安装与磁针,但没有通过它喂食的导线。接下来,确定北极的条形磁铁。

与长轴栏的磁铁平行于董事会,从侧面给董事会带来更接近北极。观察任何改变方向的罗盘针。

现在翻转条形磁铁,南极是更接近于董事会。再次,观察任何改变方向的罗盘针。

第一装配两个栏架,其中之一是横向运行沿框架的顶部和另一种是连接到第一个栏的基础的垂直。接下来,锚定或磁带中段的两个很长的导线到框架。这样的两条线是相互平行的吊着两条线路从帧的一端。

现在,将这两根电线的一端连接到交换机及码头。然后连接到电池的安装程序。

确保电线相连这样电流在两线相同的方向。然后,翻转开关,将电池连接到导线。

观察这两根电线时的电流通过它们。接下来,关闭开关,停止通过导线的电流流动。

为了改变方向的电流流过导线扭转开关的方向。当当前观察的两条电线。

现在在审查了协议,让我们重温上的实验结果。

最初,在试验中的罗盘针,针是随机排列的。对应用程序的当前,罗盘针赞同在一个圆形图案局部的磁场。

逆转的电流方向,局部磁场反转,这反过来将反转方向的罗盘针。

同样,当北极的条形磁铁靠近的罗盘针,它会创建一个本地的磁场,和罗盘针沿着这些当地磁场线对齐。

当条形磁铁翻转,磁场的方向也将反转,以撤消的罗盘针方向。

在试验中的两条长的电线,电线彼此吸引,当电流在他们具有相同的方向。这是因为产生磁场的洛仑兹力。

根据右手定则,左的线产生的磁场,在右线的方向垂直于流的当前的网站中点。现在,用另一个右手规则,并且把手指沿电流和磁场的方向。然后伸直的拇指给了洛仑兹力的方向。在这种情况下,力量是对左线和因而有吸引力。

另一方面,两根导线中电流的流动方向彼此相反,右手规则表明,各方向受洛仑兹力在右线站点时从左线,使力量令人厌恶。因此,这两根电线被迫分开。

磁场中随处可见,在我们周围,和目前使用的应用程序从导航到临床环境。现在,让我们看看几个常见应用程序的磁场。

几个世纪前,中国宋代发明了第一个磁罗盘,用于导航。从那时起我们依赖的指南针,在地球的磁场与串联工作,为方向。

地球的磁南极位于其地理北极附近。因此,一个罗盘针磁北极与地球的磁场对齐和指向地球的地理北。

磁场中也有大量的应用在医学和医疗诊断等领域。磁场的最常见用途是在磁共振成像或 mri 检查。磁共振成像扫描仪使用强磁场和梯度场生成的身体内部的图像。

你刚看了磁场的朱庇特的简介。你现在应该知道如何可视化磁场使用罗盘针并了解如何洛仑兹力的电流产生的磁场影响另一个近平行电流。谢谢观赏 !

Results

步骤 1.3-1.4,通电之前, 的罗盘针为面向随机。切换当前、 流动的线从顶部到底部之后, 罗盘针将自己与对齐当地磁场在一个圆形的图案,如图 4a (顶视图) 所示。对扭转目前,磁场反转,一样的圆规,方向如图 4b中所示。

Figure 4
图 4: 图中显示代表模式的响应电流感应磁场 () 时的电流是积极的如图 2a,电流从顶部到底部和 (b) 当电流逆转 (现在从底部到顶部) 中所示的设置中所示的罗盘针。

为步骤 1.6-1.7,罗盘针将安置自己沿着由酒吧产生的局部磁场磁体 (其磁场模式显示在图 1 c)。图 5a和 5b) 描绘了罗盘针的代表性模式更接近于板磁铁北 (或南) 结束时。请注意,当极性的条形磁铁反转,所以没有磁场它创建,和所有罗盘针的方向也是如此。

Figure 5
图 5: 图中显示代表模式的响应由酒吧产生的磁场的罗盘针磁铁 () 在图 2b,用磁铁接近到板; 北极所示的设置和 (b) 与反极性与南极的磁铁靠近到板。

2 节,这两根电线将看到彼此吸引,当电流流过它们具有相同的方向,和互相排斥,当电流在他们有相反的方向。这是磁场的由于洛仑兹力的产生的一个当前代理对其他载流导线。图 3a的情况 (在两根导线中的电流有同一方向),左线产生的磁场 (B) 指向的页面中的位置 (根据右手定则,以及在图 4b),右线和因此洛仑兹力由矢量积的 qv (沿当前的方向) 和 B 将点向左 (因而吸引力)。力的挫折 (指向右边,从而排斥)图 3b,当正确的电线中的电流逆转局势 (qv 挫折)。由图 3中的红色箭头描述了由左线作用于右线产生的磁场力的方向。

Applications and Summary

在这个实验中,我们有可视化磁场方向的罗盘针用局部磁场。我们还演示了对另一个近平行电流的电流产生的磁场中洛仑兹力。

磁场在我们的日常生活和技术中的重要作用。他们都由常用的条形磁铁或"厨房磁铁",以及电磁铁 (螺线管),和用于接其他磁性物体。地球还会生成一个磁场,这是如何使用指南针 (这也符合当地磁场) 告诉方向 (注意南磁极的磁铁作为地球实际上是接近地理北极,这样地球表面磁场指向地理北部方向)。磁共振成像 (MRI),重要的诊断工具,在医学上,也需要强磁场来操作。

实验的作者承认援助的加里 · 哈德逊的材料制备和 Chuanhsun 李演示视频中的步骤。

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1.可视化磁场线

  1. 获得一段直导线 (至少几厘米长) 和一个直流电流源。
  2. 获得一个盘子中间和几个小罗盘针板上的有孔,每个安装在一根针和自由旋转。
  3. 所以直线的节是垂直于该板,导线饲料通过洞。图 2a所示,将导线连接到直流电流源。用夹,可以通过电缆进行连接。
  4. 打开当前源和供应 +5 A 导线中电流。观察的行为的罗盘针。
  5. 反向电流到 − 5 A 并再次观察的罗盘针的行为。
  6. 断开连接并删除导线和电流源。获取并带来永久的接近板从身边的磁铁靠近到板,北边酒吧磁铁具有向理事会,其长轴平行,如图 2b所示。观察的行为的罗盘针。
  7. 翻转栏的方向与现在的磁铁,到板更接近其南端。观察的行为的罗盘针。

Figure 2

图 2: 显示使用 () 的实验装置在直线段的线垂直板并通过中心孔上运行板; 流动的电流图或者 (b) 条形磁铁靠近板和面向垂直于板,可产生磁场,将东方局部磁场方向板上的罗盘针。

2.磁场的影响

  1. 获得两个长和平行导线固定在一个框架上如图 3a所示。如果需要一个可以使用木两个双杠 (顶部和底部)、 锚索或磁带到两条导线的两端。
  2. 使用电缆和夹来连接两根电线系列和动力源,用一根导线连接到底部年底其他电线,如图 3a所示的顶端。
  3. 打开电源,将电流方向相同 (流动从顶部到底部) 中的两条电线。观察这两根电线上电流时。
  4. 关闭并断开电源,现在重新连接的两条电线,这样他们现在再一次以串联方式连接到源,但顶部两端的两条电线短路,如图 3b所示。
  5. 现在打开电源并观察电流会流经方向相反的两条电线。观察这两根电线。

Figure 3

图 3: 图显示实验装置由两个平行钢丝与 () 相同或相反的 (b) 方向流动的电流。

磁场对电磁学至关重要,背后许多实际的应用,从指南针到磁共振成像。

可以通过移动的电荷,如一股电流或由于收费内磁性材料的微观动力学的磁铁棒如对象生成磁场或 B 字段。

此视频将说明如何可视化磁场产生的载流导体和永久磁铁棒。此外,这个视频还将演示一个对另一个载流导线的电流产生的磁场所施加的力。

可以使用磁场线可视化磁场。这些都是帮助理解的分布和磁场方向的虚拟线路。

从磁场线切线反映了局部方向的磁场和行镜子的密度的局部磁场,在一家酒吧的情况下磁铁随我们离开它的表面强度。不同电流导体配置产生不同的磁场分布的变化。

例如,长直导线的电流产生的磁场,其方向为代表的"磁场线",是沿导线周围圆的切线方向。

情况下磁棒,磁感线离开磁体的北极,进入南极的磁铁。这是类似于由电磁阀是载流圆线圈产生的磁场模式。

可以通过"右手定则"确定电流产生的磁场的方向。规则规定,是否拇指点沿电流的方向,手指卷曲在导体周围表明磁场的方向。因此,条形磁铁,当靠近导体,与生成的局部磁场对齐。

现在我们知道,任何导体或磁铁,产生的磁场分布,与附近磁性材料进行交互。此外,生成的磁场与移动电荷,像那些在第二个载流导体发现也有很强的交互。

匀速运动点电荷 'q' 引入时在磁场中 'B',场的作用力 'F' 充电。这叫做洛仑兹力。力是成正比的磁场 'B'、 充电 'q' 和 'v',其速度和由电荷和磁场时间充电速度矢量积。该部队因此点方向垂直于这两个运动的电荷和磁场由"右手拇指规则"。

在复查了磁场的基本知识,让我们执行一个简单的实验来可视化这些磁场线和说明所生成的磁场施加的洛仑兹力如何影响平行载流导线。

收集必要的材料和文书,即直流电流源、 塑料板装有几个罗盘针和直导线穿过它的中心和一个永久磁铁棒。

观察它的中心有孔的塑料板。这样的针是能自由旋转,它被安装与使用的针脚,中心孔周围的几个罗盘针。

此外需注意,导线美联储通过中心孔的板。确保电线是垂直于板。将导线连接到直流供电电缆用夹钳。

打开电流源和套 + 5 安培的电流供应。观察的行为的罗盘针。

接下来,关闭电源并切换的正面和负面的电缆。然后在此基础上,开启电源,反转的流过导线的电流方向,再次观察罗盘针。

现在打开关闭和断开当前供应并获得类似的塑料板,安装与磁针,但没有通过它喂食的导线。接下来,确定北极的条形磁铁。

与长轴栏的磁铁平行于董事会,从侧面给董事会带来更接近北极。观察任何改变方向的罗盘针。

现在翻转条形磁铁,南极是更接近于董事会。再次,观察任何改变方向的罗盘针。

第一装配两个栏架,其中之一是横向运行沿框架的顶部和另一种是连接到第一个栏的基础的垂直。接下来,锚定或磁带中段的两个很长的导线到框架。这样的两条线是相互平行的吊着两条线路从帧的一端。

现在,将这两根电线的一端连接到交换机及码头。然后连接到电池的安装程序。

确保电线相连这样电流在两线相同的方向。然后,翻转开关,将电池连接到导线。

观察这两根电线时的电流通过它们。接下来,关闭开关,停止通过导线的电流流动。

为了改变方向的电流流过导线扭转开关的方向。当当前观察的两条电线。

现在在审查了协议,让我们重温上的实验结果。

最初,在试验中的罗盘针,针是随机排列的。对应用程序的当前,罗盘针赞同在一个圆形图案局部的磁场。

逆转的电流方向,局部磁场反转,这反过来将反转方向的罗盘针。

同样,当北极的条形磁铁靠近的罗盘针,它会创建一个本地的磁场,和罗盘针沿着这些当地磁场线对齐。

当条形磁铁翻转,磁场的方向也将反转,以撤消的罗盘针方向。

在试验中的两条长的电线,电线彼此吸引,当电流在他们具有相同的方向。这是因为产生磁场的洛仑兹力。

根据右手定则,左的线产生的磁场,在右线的方向垂直于流的当前的网站中点。现在,用另一个右手规则,并且把手指沿电流和磁场的方向。然后伸直的拇指给了洛仑兹力的方向。在这种情况下,力量是对左线和因而有吸引力。

另一方面,两根导线中电流的流动方向彼此相反,右手规则表明,各方向受洛仑兹力在右线站点时从左线,使力量令人厌恶。因此,这两根电线被迫分开。

磁场中随处可见,在我们周围,和目前使用的应用程序从导航到临床环境。现在,让我们看看几个常见应用程序的磁场。

几个世纪前,中国宋代发明了第一个磁罗盘,用于导航。从那时起我们依赖的指南针,在地球的磁场与串联工作,为方向。

地球的磁南极位于其地理北极附近。因此,一个罗盘针磁北极与地球的磁场对齐和指向地球的地理北。

磁场中也有大量的应用在医学和医疗诊断等领域。磁场的最常见用途是在磁共振成像或 mri 检查。磁共振成像扫描仪使用强磁场和梯度场生成的身体内部的图像。

你刚看了磁场的朱庇特的简介。你现在应该知道如何可视化磁场使用罗盘针并了解如何洛仑兹力的电流产生的磁场影响另一个近平行电流。谢谢观赏 !

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