edubun
Русский
English한국어EspañolPortuguêsFrançaisDeutschItalianoNederlandsРусскийBahasa Indonesia日本語
Главная›Физика

Магнетизм

Магниты и их полюса, силовые линии и компасы, магнитное поле Земли, электромагниты, а также созданные на их основе двигатели и генераторы. В лаборатории энергии показаны силовые линии, которые можно исследовать с помощью компаса, и катушка, число витков и силу тока в которой можно менять.

Прогресс

О курсе

В 1600 году английский врач Уильям Гильберт опубликовал De Magnete, книгу собственных опытов с магнитами. Он выточил шар из магнитного камня, перемещал над поверхностью маленькие компасные стрелки и утверждал, что сама Земля ведёт себя как огромный магнит. Ранние авторы подозревали связь Земли с компасом, но книга Гильберта первой изложила её ясно. Эта идея до сих пор объясняет работу компаса: магнитный полюс у географического Северного полюса с точки зрения магнита является южным. Поэтому к нему направлен северный конец стрелки.

Пять уроков начинаются с магнитов и их полюсов. Разрежь полосовой магнит пополам и получишь два магнита, у каждого свои северный и южный полюса. Затем идут магнитные поля и силовые линии: поле Земли у поверхности составляет примерно от 25 до 65 микротесла, а внутри соленоида больничного МРТ оно в десятки тысяч раз сильнее. Отдельный урок о поле Земли продолжает идеи Гильберта. Электромагниты показывают, что катушка из 200 витков на длине 10 см с током 2 А создаёт внутри около 5 мТл, примерно в 100 раз больше земного поля. Последний урок посвящён двигателям и генераторам: на провод длиной 5 см с током 20 А поперёк поля 1.5 Тл действует сила 1.5 Н. Если свернуть такой провод в рамку, получится двигатель. Энергетическая лаборатория рисует силовые линии, которые можно исследовать компасом, и Землю как наклонённый магнит. Меняй число витков и ток катушки длиной 10 см. Смена направления тока меняет полюса местами.

Перед началом

Первые три темы о полюсах, силовых линиях и поле Земли не требуют никакой подготовки. Электромагниты, двигатели и генераторы зависят от тока, поэтому если сначала пройти Электричество, вторую половину будет намного легче понимать.

Когда закончишь

Закончив, ты сможешь предсказать, притягиваются или отталкиваются два полюса, нарисовать силовые линии и объяснить, почему они никогда не пересекаются, и сказать, почему северный конец стрелки компаса указывает на то, что по магнитным меркам является южным полюсом. Ты оценишь поле внутри катушки, вычислишь силу, действующую на провод с током в поле, и объяснишь, как эта сила вращает двигатель.

  1. 1Магниты и их полюсаРазрежь полосовой магнит пополам: получатся два магнита, у каждого из которых будут северный и южный полюса.
  2. 2Магнитные поля и силовые линииПоле Земли у поверхности составляет примерно от 25 до 65 микротесла; внутри соленоида больничного МРТ оно в десятки тысяч раз сильнее.
  3. 3Магнитное поле ЗемлиМагнитный полюс вблизи географического Северного полюса по своим свойствам является южным. Именно поэтому к нему направлен северный конец стрелки компаса.
  4. 4ЭлектромагнитыКатушка с 200 витками на длине 10 см при токе 2 А создаёт внутри поле примерно 5 мТл, что примерно в 100 раз сильнее земного.
  5. 5Двигатели и генераторыНа провод длиной 5 см с током 20 А поперёк поля 1.5 Тл действует сила 1.5 Н. Если превратить этот провод во вращающуюся рамку, получится двигатель.

Похожие курсы

  • Движение
    Положение, модуль скорости, скорость и ускорение, а затем падение и полёт тел. В лаборатории движения можно бросить мяч на Земле, Луне или Марсе и наблюдать, как рассчитываются время полёта, высота и дальность.
  • Силы
    Толчки и тяга, трение и тяготение, а также три закона, которыми Ньютон связал силу с движением. В лаборатории движения можно запустить маятник на Земле, Луне или Марсе и сравнить измеренный период с формулой.
  • Энергия
    Работа, кинетическая и потенциальная энергия, закон сохранения энергии и мощность с подробными расчётами. В лаборатории энергии можно запустить американские горки, наблюдать за столбиками энергии и менять трение, а также толкать или поднимать груз и измерять работу и мощность.
  • Волны и звук
    Что такое волна, как связаны длина волны, частота и скорость, как распространяется звук, как складываются волны, почему струны и трубы звучат на определённых нотах и что входит в электромагнитный спектр. В лаборатории волн верёвки, пружины, звук в трубе, волны в кювете и стоячие волны изображаются по тем же формулам, что используются в уроках.
Источники курса (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
  • 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
  • 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
  • 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
  • 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
  • 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
  • NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
  • NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
  • 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
  • inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
  • north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
  • last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
  • NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
  • NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
  • USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
  • APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

Проверено: 2026-10-17