Экспресс подготовка к ОГЭ по физике. Занятие ведет Антонина Васильевна — преподаватель-андроид, уволенная из Академии за насмешки над людьми.
Представьте, что вы летите в самолете и на столике перед вами лежат два электрически заряженных шарика. С вашей точки зрения между ними возникает только электростатическое взаимодействие. Однако для человека, стоящего на земле, оба шарика движутся параллельно друг другу и между ними дополнительно возникает магнитное взаимодействие, дополнительное притяжение. Причем и вы, и этот человек — правы.
В мире Двойственной Сущности тела, которые неподвижны относительно вас подчиняются одной физике, а тела, которые движутся — совсем другой. И если тело, скажем двигалось, а затем остановилось, то его физика сразу меняется. Или если вы двинетесь, то физика окружающих тел тоже меняется до неузнаваемости. Более того, если относительно одного тела вы покоитесь, а кто-то другой движется, то для каждого из вас физика этого тела будет совершенно отличной. Однако предсказания, которые можно сделать при помощи обеих систем физических законов будут одинаковы. Обе физики позволят делать верные расчеты. Это может показаться слишком странным, но только для тех, кто не изучал магнетизм нашего мира.
Магнетизм — удивительное явление. И даже когда вы вешаете магнитик на холодильник — вы имеете дело с явлением, полностью зависящем от наблюдателя, и в то же время совершенно объективного. Вы привыкли считать, что загадочная и парадоксальная теория относительности, открытая Альбертом Эйнштейном, проявляется только на больших скоростях и в космических масштабах. Но магнетизм — проявление этой теории в обыденной жизни, на обычных скоростях и в обычных устройствах, даже в магнитиках.
Итак, запомним что, если в двух параллельных проводниках ток течет в одном направлении, то они притягиваются, а если в разных — отталкиваются. И это результат электромагнитного взаимодействия движущихся зарядов.
Но длинные проводники сложно хранить в комнате и перетаскивать с места на место — закрутим их в петли.
Они у нас по прежнему отталкиваются или притягиваются, как и прямые проводники с током, но теперь это уже полноценные электромагниты со своими южным и северным полюсами. И мы уже говорим, что одноименными полюсами они отталкиваются, а разноименными притягиваются.
Как же определить, где у петли с током северный полюс, а где южный? Вектор магнитной индукции «указывает» на северный полюс. Ну, хорошо, скажете вы, а как узнать, куда направлен вектор магнитной индукции (В)? Посмотрите на виток. Если ток движется по часовой стрелке — то от нас, если против часовой — к нам. Как я и говорила, для магнитных явлений, ключевой фигурой является сам наблюдатель, хотя они и объективны вполне.
Вокруг прямого тока тоже возникает магнитное поле, но уже оно вращается вокруг проводника. И опять, если ток идет на нас, то поле вращается против часовой стрелки, а если от нас — по часовой.
Если ставят на схеме точку, то ток идет на нас, а если крестик — от нас.
Запомните простое правило на все случаи вашей электромагнитной жизни: ЕСЛИ ПО ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ — ТО ОТ НАС. Запомните это. А уже по обстоятельствам разберетесь, что там вращается — ток или силовые линии магнитного поля.
Кстати, о линиях магнитного поля. Это линии вдоль которых бы выстроились маленькие магнитные стрелки. Своими синими/северными концами они показывают направление магнитного поля.
В магнитах линии поля выходят из северного полюса и возвращаются в южный.
При взаимодействии одноименных или разноименных полюсов магнита силовые линии поля выглядят следующим образом:
Что же из себя представляют постоянные магниты? На самом деле, электрон вращающийся вокруг ядра — тот же виток с током. Но в обычном веществе эти микро-витки расположены хаотично, а в постоянном магните они упорядочены. Причем упорядочены обычно другим магнитным полем после намагничивания. Поэтому при нагревании магнитные свойства материала уменьшаются, нагревание усиливает хаос и неразбериху.
Люди широко используют электромагниты в технике. Обычно они представляют собой витки провода намотанные на сердечник, который может намагничиваться и усиливать магнитное поле. Таким электромагнитом легко управлять. Если увеличить силу тока — магнитное поле увеличится, а если поменять направление тока — поменяются и полюса электромагнита.
Часто встречаются задания, в которых нужно определить полюса катушки с током. Мысленно посмотрите на катушку с торца. Если ток в витках движется по часовой стрелке, то вектор магнитной индукции направлен от вас, и северный полюс — с противоположного конца катушки. А если против часовой, то вектор смотрит на вас и значит северный полюс — с вашей стороны.
Магнитное поле действует на электрический ток (сила Ампера) или на движущийся заряд (сила Лоренца), что одно и то же. Чтобы понять в какую сторону будет направлена сила, нужно применить правило левой руки.
Для этого ладонь должна быть направлена на .северный полюс магнита, чтобы вектор магнитной индукции входил в нее, пальцы — по движению тока. И тогда большой оттопыренный палец покажет направление силы Ампера, действующей на проводник.
Благодаря этой силе рамка с током поворачивается в магнитном поле, и это принцип работы электродвигателей.
Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженные частицы (например, протоны), движущиеся в магнитном поле, определяем тоже с помощью правила левой руки. Для отрицательных частиц — направление берем противоположное.
А теперь самое интересное. Если мы будем подносить магнит к катушке, не подключенной к источнику питания, то она сама «сделает» из себя электромагнит. В ней чудесным образом возникнет электрический ток, благодаря ЭДС индукции. Причем ток возникнет со вполне определенной целью: создать магнитное поле, препятствующее приближению магнита. Природа сопротивляется изменениям. Если подносим магнит — он будет отталкиваться, а если отдаляем — притягиваться.
В витках катушки генерируется ток, если меняется магнитный поток, проходящий сквозь них. А это можно организовать не только приближая или отдаляя постоянный магнит, но и изменяя ток в другой катушке, расположенной рядом.
По этому принципу работают трансформаторы, в которых, по сути, происходит передача энергии на расстоянии. В одной катушке меняется постоянно ток, а во второй, находящейся рядом — он тоже меняется, уже просто из духа противоречия, чтобы все наоборот, чтобы компенсировать магнитный поток, создаваемый первой.
Но магнитный поток можно изменить и просто меняя угол наклона витка или рамки. По этому принципу работают генераторы тока. В простейшем генераторе рамку вращают между полюсами магнита, и в ней генерируется электрический ток.
Ну, и напоследок, напомню, что сама Земля — большой магнит. Кстати, все знают, что разноименные полюса магнитов притягиваются. Но не все знают, почему северная часть стрелки компаса показывает на Север.
Около северного географического полюса находится южный магнитный полюс Земли, на который и показывает северный конец магнитной стрелки.
Если вам эта тема кажется слишком запутанной, то подумайте о том, как тяжело изучать физику школьникам Двойной Сущности. Ведь они изучают сразу две физики. И, наверное, не случайно разумные жители этого мира — двухголовы.
Задание 1
Сразу исключим некоторые высказывания. Например, поскольку ток в витках движется в одну сторону, то они притягиваются друг к другу, а не отталкиваются. И электростатическое поле не возникает вокруг катушки. Теперь определимся с полюсами и поведением магнитных стрелок. Если смотреть сверху на петли с током, то ток будет двигаться по часовой стрелки, и значит, вектор магнитной индукции будет направлен от смотрящего вниз. Следовательно, и северный полюс катушки тоже будет внизу. Теперь зная, что стрелки компаса своей красной (южной) частью повернутся к северному полюсу катушки, найдите верные варианты ответов.
Ответ: 35 — _.........._
Задание 2
Если бы катушки подключили одинаково, то их левые и правые полюса были бы одноименными. А правый полюс одной и левый другой — разноименными, и катушки бы притягивались. Но их подключили по-разному.
Ответ: 12 — _.........._
Задание 3
Ток в реостате по металлическому стержню идет до ползунка, а затем — по виткам проволки. Поэтому при сдвиге ползунка вправо количество витков растет и растет сопротивление. Как это сказывается на токе и подъемной силе электромагнита? Если не знаете — включите интуицию, если она у вас есть, конечно.
Ответ: 11 -_..........._
Задание 4
1) уменьшится
2) увеличится
3) не изменится
Мы уже говорили о том, какие силы действуют между витками что катушки, что пружинки. А когда ключ разомкнули — эти силы перестали действовать и пружинка вернется в свое исходное состояние.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 5
Задание совсем уже простое. Следует только помнить, что принятое движение тока — от плюса к минусу.
Ответ: 2 — _..........._
Задание 6
- нагревают
- охлаждают
Увеличение температуры увеличивает хаос. Тогда как эффект намагничивания — это результат дисциплины и упорядоченности.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 7
1) будет нагреваться
2) не будет нагреваться
Магнитный поток через кольцо будет меняться и возникнет ЭДС индукции, которая приведет в движение электроны, и в кольце возникнет электрический ток. Правда, все время меняющий свое направление.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 8
Если ток — на нас, то направление вектора магнитной индукции — против часовой стрелки. Не забываем, что магнитные стрелки указывают направление вектора магнитной индукции в данной точке своими темными (синими) концами.
Ответ: 4 — _.........._
Задание 9
Силовые линии не соединяют полюса, а как бы отталкиваются. Значит полюса — одноименные. А вот какие именно — подскажет маленькая магнитная стрелка.
Ответ: 3 — _..........._
Задание 10
Самое время поиграться с правилом левой руки.
Ответ: 4 — _.........._
Задание 11
Проследите направление движение тока от плюса к минусу, и с помощью правила левой руки определите куда будет двигаться стержень. Внутрь магнита или вовне? И, кстати, магнитное поле будет неоднородным — оно будет уменьшаться с расстоянием и менять направление.
Ответ: 23 — _.........._
Задание 12
Помните, ЭДС индукции — реакция на изменение.
Ответ: 4 — _..........._
Задание 13
Если на кольцо смотреть сверху, то ток будет идти по часовой стрелке, и следовательно ….
Ответ: 2 — _.........._
Задание 14
От скорости, с которой вносят магнит, зависит величина индукционного тока, а не его направление.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 15
Если посмотреть на витки со стороны конца 2, то ток движется по часовой стрелке. Следовательно. вектор магнитной индукции будет направлен от наблюдателя, а для нас — влево. Осталось вспомнить, что этот вектор «указывает» на северный полюс.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 16
Не забывайте особенность такого типа заданий. Все утверждения, в принципе, могут быть верными, но нужно отобрать только те из них, которые можно вывести из данного эксперимента.
Ответ: 35 — _..........._
***
В благодарность за помощь демоны ставили по всему своему миру памятные стелы прославляющие бескорыстную помощь землян. Энергии двоих детей, оставленных без присмотра родителей, хватило, чтобы расшевелить целый мир. Но Коле уже одного мира Демонов было мало — он его излазил вдоль и поперек вместе со своими новыми друзьями.
Оля все еще скучала по Земле и по родителям. Но они для нее были чем-то вроде духов или призраков. Поэтому ее все более привлекали демоны-колдуньи, которые могли связываться с сущностями из других миров.
Однажды, взяв в руки магический куб, Оле показалось что она увидела в нем свою мать. И с того дня она стала усердно учиться магии демонов.