Меню

Что показывает стрелка компаса при отсутствии тока

Физика

Урок 9: Часть 1. Электромагнетизм

Электромагнитные явления. Часть 1

План урока:

Постоянные магниты. Что это?

Китайцы, как и греки, тоже замечали интересное свойство некоторых минералов притягивать к себе железосодержащие предметы. Слово «притягивать» китайцы ассоциируют со словами «прижиматься», «любить» и поэтому назвали такие минералы «чу-ши», что значит «любящий камень». Так как эти минералы создала природа, и человек не мог повлиять на естественное действие камней, их стали называть постоянными магнитами.

Теперь уже известно, что так интересно проявляется природный минерал магнитный железняк (магнетит). Это достаточно хрупкий черного цвета минерал, плотность его примерно 5000 кг/м 3 .

1sdgshg
Магнитный железняк.

Древние люди приписывали магнитному железняку свойства «живой души». Минерал, по их словам, устремлялся к железу, как собака к куску мяса. Ученые объясняют отношение древних к явлениям природы незнанием физики.

На самом деле, все заключается в особом виде материи – поле.

2fhsdf

Магнитное поле и притягивает к постоянному магниту железные предметы, ведь, например, мелкие гвоздики или кнопки устремляются к магниту даже без соприкосновения с ним, а на некотором расстоянии.

Магнетит (природный магнитный железняк) проявляет свойства притягивания не очень сильно. Человеком на его основе созданы искусственные магниты с более мощным магнитным полем. В качестве материала в них используются такие металлы, как кобальт, никель и, конечно же, железо. Такие металлы способны намагничиваться, попадая в магнитное поле, а потом становятся самостоятельными магнитами.

3dfdh
Разные формы искусственных магнитов. Источник

Какую бы форму не имел магнит, у него есть участки, где наиболее сильно проявляются магнитные свойства. Эти участки называют магнитными полюсами. У каждого, даже самого маленького магнита, есть два полюса. Современные технологии позволяют намагничивать металлические предметы так, что у них образуется и 4 и 6 полюсов.

Увидеть, как по-разному притягиваются железные опилки к магниту, можно на простейшем опыте с дугообразным школьным магнитом. Просто поднести к опилкам магнит, опилки тут же «прилипнут» к нему:

4gdfg
Дугообразный магнит.

Полюсами такого магнита будут края дуги, где больше всего скопилось железных опилок.

У полосового магнита, форма которого прямоугольный параллелепипед, полюса находятся далеко друг от друга. Чем ближе к середине, тем меньше проявляются магнитные свойства.

5gfgs
Полосовой магнит.

Указатель юга и севера – компас. Полюсы магнитные

«Указатель юга» — так называли древние китайцы свое изобретение. Это был прибор в форме ложки, изготовленный из природного магнита. Ложка могла вращаться вокруг вертикальной оси.

6fg
Древний китайский компас.

Ручка ложки указывала южное направление. Она была северным полюсом ложки-магнита.

Развитие науки не остановилось, и современные компасы уже имеют другой вид:

7gfg
Разные виды компасов.

Магнитная стрелка, главный элемент компаса, — это постоянный магнит и имеет два полюса. Конец стрелки, указывающий на географический Север, называют северным (N), а противоположный – южным (S) полюсом. Отсюда и название полюсов различных магнитов.

8gfdsfh

Раскраска магнитов в красный и синий цвета условна, реже используются и другие цвета. Существенным является то, что полюсы магнитов существуют только парами. Если распилить, например, полосовой магнит, получатся два полосовых магнита, и у них будет снова по два полюса: северный и южный.

9hdggh

В школьных лабораторных работах используются маленькие магниты на подставке, которые насаживаются на тонкую иглу и могут свободно вращаться вокруг этой иглы. Такие устройства называются магнитными стрелками, как подобие стрелок компасов.

10hgfdh

С помощью стрелок изучается взаимодействие полюсов магнитов. Если приблизить стрелки друг к другу, они начинают поворачиваться и установятся по следующему правилу:

11fdhh

12dfgsdg

Земной шар является огромным магнитом, у которого есть свои полюсы. Но нельзя путать магнитные полюсы Земли с географическими. Согласно правилу, синий (северный) конец стрелки должен поворачиваться к Южному полюсу земного шара, так как притягиваются разноименные полюсы. Да, действительно, это так. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса, но не в той же точке, а чуть в стороне, на острове Принца Уэльского. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде, где и Южный географический.

13fdgs
Источник

Месторасположение магнитных полюсов Земли не остается постоянным. Полюсы смещаются на расстояние нескольких десятков километров в год.

Очень широк список областей, где применяются магниты:

  • автомобилестроение;
  • приборостроение;
  • автоматика;
  • телемеханика;
  • тормозные системы;
  • компасы;
  • медицина;
  • радиотехника;
  • электротехника.

От изучения природных магнитных явлений человек давно шагнул к элетромагнитным явлениям, без чего невозможно развитие знаний об электричестве и электрическом токе.

Графическое изображение полей

Магниты действуют друг на друга и на железосодержащие предметы посредством магнитного поля. Поле не имеет цвета, запаха, его нельзя ощущать. Это особый вид материи, который проявляется по его действию на другое поле или на физические тела.

Условно изображают магнитное поле с помощью силовых линий, так же, как электрическое поле.

14gfdhg

Эти линии замкнуты, то есть не имеют ни начала, ни конца. Направление, куда показывают северные полюсы магнитных стрелок, попавших в поле магнита, принято за направление силовых магнитных линий поля. Таковым оказывается направление от северного полюса к южному.

Хотя изображение силовых линий принято за условное, они все же проявляются в простом опыте с железными опилками. Если положить магнит на лист бумаги и посыпать мелкими опилками из железа, то можно увидеть, как они выстроятся вдоль определенных линий, как маленькие магнитные стрелки.

15gdfg

Частота линий вокруг магнита различна. Это подчеркивает более сильное действие магнитного поля около полюсов, где силовые линии плотнее.

Магнитное поле тока прямого проводника

Определить наличие магнитного поля можно, если к магниту поднести магнитную стрелку. Если поле есть, то стрелка повернется и займет положение по правилу взаимодействия полюсов. Северный полюс стрелки повернется к южному полюсу магнита.

Будет ли оказывать действие на стрелку электрический ток?

Проверить это можно с помощью опыта. Стрелка установлена на острие, над нею параллельно ее оси помещен проводник. Если замкнуть цепь, стрелка повернется в другое положение, при выключенной цепи вернется обратно.

16hdfhh

Впервые проведя этот опыт в 1820 году, датский ученый Ганс Христиан Эрстед, не имея достаточно знаний о магнетизме, не сумел объяснить поведение стрелки около проводника с током. Это было сделано позднее, а опыт получил название «Опыта Эрстеда».

Получается, что электрический ток может быть источником магнитного поля, которое возникает вокруг движущихся зарядов (вокруг не движущихся зарядов есть только электрическое поле).

17fdsfg

Нет ли противоречия в наличии магнитного поля вокруг тока, где направленно движутся частицы, и магнитного поля около постоянных магнитов? Оказывается, в магнитах существуют так называемые молекулярные токи, циркулирующие внутри молекул. Во времена Эрстеда природа таких токов была еще не открыта. Теперь же известно, что в атоме постоянно движутся электроны, поэтому и возникают магнитные свойства некоторых природных веществ, например, железа.

18fhgdh

По примеру магнитов для графического изображения поля вокруг тока используют силовые магнитные линии. Направление их указывают северные полюсы магнитных стрелок, помещенных в это поле.

19fdshj

Расположение стрелок показывает, что:

20gjdj

Существует так называемое первое правило правой руки, по которому можно указать направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника с током. При изменении направления тока меняется и направление силовых линий поля. Правая рука человека помогает разобраться в этих направлениях.

21fdfh

22dgadg

Конечно, правило применяется не буквально. Не нужно провод брать в руки, надо мысленно представить эту ситуацию с проводником и рукой.

Соленоид и его магнитные свойства. Электромагниты

Короткие провода применяются редко. Тем более, что при небольшом токе вокруг них возникает и небольшое магнитное поле. Для усиления магнитного действия прямой провод сворачивают в виде спирали на непроводящем трубчатом каркасе (дереве, пластмассе, керамике). Такое устройство называется соленоидом (от греч. «солен» — «трубка»). Проще говоря, это катушка с током.

Читайте также:  Ток поврежденной фазе при двухфазном коротком замыкании

23cgxg

Магнитные поля полосового магнита и катушки-соленоида очень похожи. Силовые линии катушки выходят с северного полюса, в южный полюс входят.

24dgsd

Определить полюсы соленоида можно, поднеся к краю катушки магнит. Если цепь замкнута, и по катушке идет ток, то магнит или притянется к соленоиду, или оттолкнется от него. Например, к катушке приблизили северный полюс магнита, подвешенный на нити.

25gfg

Магнит оттолкнулся от края катушки. Но ведь отталкиваются одноименные полюсы. Значит, приблизили магнит к северному полюсу соленоида. С другой стороны будет находиться южный полюс.

26gfsdg

Магнит будет притягиваться к катушке, значит, рядом с магнитом находится южный полюс катушки, так как притягиваются разноименные полюсы.

27gdfs

Направление линий магнитного поля катушки с током помогает определить второе правило правой руки.

28hfdh

29gfdsg

Получается, что соленоид можно использовать как магнит, если подключить такой магнит к источнику тока. Это будет уже не постоянный магнит, а созданный с использованием электрического тока, который срабатывает при включении в электрическую сеть.

30gfh

При изменении (увеличении или уменьшении) магнитного действия соленоида можно пойти тремя путями:

  • регулированием силы тока цепи (можно с помощью реостата);

31dgsd

  • увеличением (уменьшением) количества витков катушки;

32gsdfg

  • использованием внутри катушки сердечника (чаще всего из железа).

33sfhgjk

Приспособление, состоящее из катушки с током и сердечника внутри нее, называется электромагнитом. Это одна из главных частей большинства электротехнических приборов, систем и устройств:

  • телеграфная связь;
  • стационарные телефонные аппараты;
  • электрические звонки;
  • электродвигатели;
  • трансформаторы;
  • электромагнитные реле;
  • домофоны;
  • производственные электромагниты.

34fhdj
Грузоподъемный магнит.

35gkld
Домофон с электромагнитом.

36hfdj
Вентилятор с электродвигателем.

Самый первый электромагнит был изготовлен англичанином У. Стердженом в 1825 году. Его магнит массой 200 г сумел удержать тело в 3 кг 600 г. Через шесть лет американец Дж. Генри создал электромагнит, который поднимал уже 1000 кг.

Интересно и просто на основе электромагнита работает электрический звонок.

37sfhj

Цифрами на схеме обозначены основные детали звонка. Это;

  1. Провода, идущие через замыкающую кнопку к источнику тока.
  2. Контактная пластинка.
  3. Контактный винт.
  4. Якорь – тонкая железная пластинка.
  5. Обмотка катушки.
  6. Сердечник.
  7. Ударный элемент звонка – молоточек.
  8. Чаша звонка.

При нажатой кнопке звонка происходит замыкание цепи. По обмотке 5 идет ток, и катушка с сердечником 6 превращается в электромагнит. Якорь 4 притягивается электромагнитом к сердечнику 6. В этот момент молоточек 7 ударяет по чаше звонка 8, слышен звонкий удар звонка. Контактный винт в результате движения якоря отходит от контактной пластинки 2, и цепь размыкается. Якорь «отлипает» от сердечника, возвращается в исходное положение, соединяя тем самым контактный винт с контактной пластинкой. Цепь снова замкнута, электромагнит снова срабатывает и т.д. Происходит все очень быстро: цепь то замыкается, то размыкается, магнит то притягивает, то отпускает якорь, молоточек быстро стучит по чаше звонка. Частые удары сливаются в почти сплошной звук.

Электромагниты после отключения от сети быстро размагничиваются и не приносят особых хлопот в применении.

Источник



Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты — Перышкин А.В., 7, 8, 9 классы.

1217. На столе перемешались железные и деревянные опилки. Можно ли их отделить друг от друга?
Можно, при помощи магнита.

1218. В мастерской рассыпались вперемежку железные и латунные мелкие стружки. Как отделить их друг от друга?
Можно, при помощи магнита. Латунь притягивать не будет.

1219. Если к компасу поднести кусок железа, изменится ли при этом направление стрелки?
Изменятся. Стрелка будет примагничиваться к железу.

1220. В некоторых местностях стрелка компаса отклоняется от направления на север. Одно из таких мест в нашей стране находится вблизи города Курска (Курская магнитная аномалия). Чем вызвано такое поведение стрелки?
Стрелка компаса будет взаимодействовать с большими залежами железной руды расположенными на небольшой глубине.

1221. К северному полюсу магнитной стрелки поднесли железный предмет, и стрелка отклонилась от железа. Почему?
Стрелка займет такое положение, при котором большая часть силовых линий будет проходить через кусок железа.

1222. Почему корпус компаса никогда не делают из железа?
Чтобы стрелка взаимодействовала только с магнитным полем Земли, а не с корпусом.

1223. Намагнитьте стальную спицу (или лезвие безопасной бритвы). Испытайте вашим компасом, намагнитилась ли спица. Потом сильно накалите ее в пламени в течение 2-3 минут. Дайте остыть и вновь испытайте компасом. О результатах опыта напишите краткий отчет.
При поднесении намагниченной спицы, стрелка компаса будет отклоняться на одном конце и притягиваться на другом. При нагревании спица размагнитится.

1224. Почему при ударе магнит размагничивается?
При ударе может нарушиться положение доменов которые в магните расположены сонаправленно.

1225. Направление силовой линии магнита указано стрелкой (рис. 135). Определите полюса магнита.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Силовая линия выходит из северного полюса магнита и заходит в южный.

1226. Одна из двух совершенно одинаковых по внешнему виду стальных палочек намагничена. Как узнать, какая из этих палочек намагничена, не имея под рукой никаких других предметов, кроме этих палочек?
Нужно одним концом палочки прикоснуться к середине другой. Намагниченная палочка будет притягивать ненамагниченную.

1227. К северному полюсу магнитной стрелки поднесли кусок железа, вследствие чего стрелка отклонилась от куска железа. Как объяснить данное явление?
См. 1221

1228. Можно ли при помощи магнитной стрелки выяснить, намагничен ли стальной стерженек?
Можно. Одноименные полюса (стрелки и стерженька) должны отталкиваться, разноименные – притягиваться.

1229. Можно ли намагнитить стальную полоску так, чтобы оба ее конца имли одинаковые полюса?
Нет. Любой магнит должен иметь два разных полюса.

1230. Существуют ли магниты с одним полюсом?
Нет, не существуют.

1231. Железные опилки, притянувшись к полюсу магнита, образуют гроздья, отталкивающиеся друг от друга. Объясните это явление.
Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются и одноименными полюсами отталкиваются друг от друга.

1232. Тонкие железные пластинки, висящие на нитях рядом, отталкиваются друг от друга, если к ним поднести магнит (рис. 136). Почему?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Попадая в магнитное поле пластинки намагничиваются и одноименными полюсами отталкиваются друг от друга.

1233. Е шляпке железного винта, не касаясь его, приблизили южный полюс магнита. Какой полюс появился у заостренного конца винта?
Южный полюс.

1234. Деталь покрыта слоем краски. Можно ли при помощи магнитной стрелки определить, железная она или нет?
Если стрелка будет отклоняться, значит деталь железная.

1235. Намагниченный прут разломали на несколько частей. Какие из полученных кусков окажутся намагниченными сильнее – находившиеся ближе к середине прута или к концам?
Все части прута будут намагничены одинаково.

1236. Большое количество стальных гвоздиков можно намагнитить одним и тем же магнитом. За счет какой энергии происходит намагничиваение этих гвоздиков?
За счет энергии магнитного поля.

1237. Как определить, где север и где юг, пользуясь магнитом?
Если магнит – тоненькая неметаллическая полоска – можно использовать ее как компас.

1238. Какой магнитный полюс находится в Южном полушарии Земли?
Северный.

1239. Почему рельсы, долгое время лежащие в штабелях, оказываются намагниченными?
Рельсы намагничиваются под действием магнитного поля Земли.

1240. Существует ли место на Земле, где стрелка компаса концами показывает на юг?
Северный полюс.

1241. Если на магните не указаны названия полюсов, можно ли определить, какой из полюсов магнита южный, а какой северный? Если да, то как это сделать?
Можно с помощью компаса или магнита с известной полярностью. Одноименные полюса будут отталкиваться, разноименные – притягиваться.

1242. Как расположиться магнитная стрелка в магнитном поле магнита?
Вдоль силовых линий магнитного поля. Своим южным к северному полюсу магнита и наоборот северным к южному.

Читайте также:  Элегазовые трансформаторы тока тгфм 110

1243*. Между полюсами магнита поместили железное кольцо (рис. 137). Нарисуйте, как будут направлены силовые магнитные линии.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1244. Оказавшись вблизи сильного магнита, механические часы начинают идти неправильно и иногда только через несколько дней они вновь восстанавливают правильный ход. Как можно объяснить это явление?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1245. Магнитная стрелка расположена под проводом с током. Ток идет с севера на юг. В каком направлении отклонится северный полюс стрелки?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1246. Провод с током расположен над магнитной стрелкой (рис. 138). В какую сторону отклонится северный конец в момент замыкания ключа в цепи?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Северный конец повернется против часовой стрелки на 90°

1247. Магнитная стрелка расположена под проводом с током (рис. 139). После замыкания ключа в цепи магнитная стрелка отклонилась от начального положения (изображенного на рисунке пунктиром) так, как показано на рисунке. Определите полюсы источника тока.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1252. На рисунке 144 изображены круговые токи. Стрелки показывают направление тока. Определите направление магнитных силовых линий для случаев а и б.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1253. Замкнутый контур с током проявляет свойства постоянного магнита. Какому полюсу соответствует контур с током, изображенный на рисунке 144, а? на рисунке 144, б?
а-северного
б-южного

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1255. Две катушки, по которым идет ток, висят рядом на тонких металлических нитях. Катушки притягиваются друг к другу. О чем это говорит?
Ток в катушках идет в разных направлениях.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты


В катушке образуется магнитное поле под действием электрического тока. Система повернется своим южным полюсом к северному полюсу Земли, и северным к южному.

1257. На рисунке 147 изображена катушка соленоида. Нарисуйте силовые линии магнитного поля такой катушки.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1258. Если в катушку, по которой идет ток, внести железный сердечник, ее магнитное действие усиливается. Почему?
Железо – ферромагнетик при внесении его в магнитное поле, изменяется ориентация магнитных доменов. Магнитное поле резко усиливается.

1259. На каком конце соленоида будет его северный полюс, если внутрь соленоида вставить железный стержень (рис. 148)?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1260. Чем определяется величина магнитного действия электромагнита?
-силой идущего тока
-числом витков
-размером и формой сердечника

1261. На рисунке 149 изображен электромагнит. Нарисуйте полюсы на его концах.

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1262. Если на совершенно однородный стержень намотать провод так, как изображено на рисунке 150, и пустить ток через обмотку, намагнитится ли железный стержень?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1263. Два соленоида расположены как показано на рисунке 151. Обращенные друг к другу концы катушек будут притягиваться или отталкиваться?

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

Магнитное поле. Магнитные линии. Магнитное поле Земли. Электромагниты

1264. Поскольку катушка с током является магнитом, она имеет магнитные полюсы. Как можно изменить их полярность?
Изменить направление тока в катушке.

1265. Через электромагнит проходит небольшой ток. Можно ли, не меняя силу тока, усилить электромагнит? Если да, то как это сделать?
Да, можно, увеличить размер сердечника.

Источник

Куда показывает стрелка компаса и почему?

Стрелка магнитного компаса указывает на магнитные полюса Земли, а если быть точным, то располагается в магнитном поле Земли параллельно его магнитным силовым линиям. Это явление наблюдается как в северном, так и в южном полушариях. Но бывают и исключения, причем не так уж и редко.

Поскольку магнитные линии не всегда ровны, показания компаса зачастую могут отличаться от истинных направлений на полюса.

Как правило, конец стрелки, указывающий на северный магнитный полюс, окрашивают в контрастный цвет.

Далее предлагаю разобраться, почему иногда это правило не срабатывает. А для этого для начала нужно понять, что из себя представляет стрелка магнитного компаса и по какому принципу она работает.

Из чего сделана стрелка

Любая стрелка магнитного компаса сделана из ферромагнетика.

Ферромагнетик — это материал, который способен обладать намагниченностью даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В нем устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов и ионов, благодаря чему он и приобретает магнитные свойства. В видео объясняется это явление:

Однако при нагревании ферромагнетика до температуры Кюри указанный порядок разрушается и ферромагнетик становится парамагнетиком. Нагретый над огнем магнит утрачивает свои магнитные свойства. Именно на этом основан простейший способ размагничивания разнообразных магнитов, не исключая стрелки магнитного компаса.

Для того, чтобы намагнитить ферромагнетик заново, его температуру нужно понизить ниже точки Кюри и поместить его в магнитное поле — либо положить рядом с другим магнитом, либо намагнитить, сделав его сердечником электромагнита.

Почему магнитная стрелка поворачивается

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить, что такое магнитное поле. А магнитное поле — это силовое поле, которое может воздействовать на электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом.

Таким образом два магнита способны взаимодействовать друг с другом, при этом их одинаковые полюса будут отталкиваться, а противоположные — притягиваться. Так, северный и южный полюса будут стремиться соединиться, а вот южный с южным и северный с северным наоборот — будут мешать соединить два магнита.

Теперь рассмотрим стрелку магнитного компаса и нашу планету. Оба этих объекта являются магнитами, а значит и взаимодействуют друг с другом по вышеуказанному принципу. То есть северный конец стрелки тянется к южному полюсу Земли, а южный — к северному.

Но как же так? Ведь нам говорили, что северный конец стрелки показывает на север? В чем подвох?

Объясняется все очень просто: северный и южный магнитный полюса Земли переименовали и назвали в честь тех географических полюсов, какие находились в непосредственной близости к ним. Таким образом получается, что вблизи географического северного полюса на самом деле находится южный магнитный полюс Земли, который для удобства был назван северным магнитным полюсом, а в южном полушарии все в точности наоборот.

Взаимодействие между этими двумя магнитами не очень сильное. Если стрелку просто положить на землю, то она вряд ли сдвинется с места. Поэтому, чтобы не мешать ей поворачиваться в относительно слабом магнитном поле Земли, ее «садят» на шпиль, который выступает в роли оси, или, как в первых европейских моделях компасов, опускают на воду, уменьшая тем самым сопротивление при вращении до минимума.

Чтобы не спутать северный и южный концы стрелки, их обычно делают разными. Чаще всего концы стрелки могут отличаться по форме и цвету. Как правило, красным цветом выделяют северный конец стрелки, но бывают и исключения. О том, какими цветами и формой выделяют северную часть стрелки, а также о том, как определить северный конец стрелки самостоятельно, есть материал в отдельной статье (Устройство компаса).

Почему стрелка не показывает на истинный север

Как уже было сказано, стрелка магнитного компаса показывает направление на магнитные север и юг Земли. Однако местоположение магнитных полюсов не совпадает с местоположением истинных полюсов Земли. Кроме того, положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, причем скорость изменения непостоянна во времени и отличается у северного и южного магнитных полюсов, что связано с процессами, происходящими в недрах планеты.

Таким образом, утверждение о том, что стрелка магнитного компаса всегда показывает на истинный север, ошибочно.

Часто доводилось слышать, что на Аляске — самом крупном штаты США — стрелка магнитного компаса показывает не на север, а на восток. Это не совсем так. Если рассмотреть карту изогон магнитного склонения, то видно, что наибольшее отклонение стрелки на восток не достигнет даже 40°, а это не восточное направление, а северо-восточное. А вот если говорить о том, где стрелка компаса вместо севера покажет на запад, то такая территория есть — это Нунавут, недавно ставший частью Канады.

Карта изогон представлена ниже:

Однако при необходимости все же можно по показаниям магнитного компаса определить направление на истинные полюса Земли. Для этого нужно знать величину магнитного склонения, о которой мы рассказывали в отдельной статье…

Читайте также:  Когда сварка может ударить током

Почему иногда стрелка не показывает на магнитный север

Если быть точным, то стрелка магнитного компаса не показывает точно даже на магнитные полюса Земли. Ее показания в этом случае являются приблизительными.

На самих магнитных полюсах стрелка магнитного компаса будет стремиться занять вертикальное положение, поскольку линии магнитного поля Земли, параллельно которым располагается стрелка, на этих территориях расположены перпендикулярно к плоскости горизонта. Таким образом, северная часть стрелки будет смотреть вниз на северном полюсе, а южная — на южном.

Однако бывают ситуации, когда показания магнитной стрелки достаточно сильно отклоняются от «нормы», и тогда без дополнительных поправок в расчетах можно получить большие ошибки.

Такие отклонения могут быть связаны с рядом причин. Рассмотрим некоторые из них.

Это, например, происходит в областях магнитных аномалий, где направление силовых линий магнитного поля Земли сильно отличается от направления силовых линий магнитного поля в соседних областях. Карты с такими участками иногда имеют заметку о том, что изображенная местность относится к магнитным аномалиям.

Иногда при некорректной работе на показания магнитной стрелки могут влиять различные ферромагнетики, находящиеся рядом. Обычно их влияние присутствует всегда, но из-за их удаленности от стрелки такое влияние ничтожно мало по сравнению с влиянием магнитного поля Земли. Если же источник постороннего магнитного поля (ферромагнетик или проводник, по которому течет электрический ток) оказывается слишком близко к стрелке, то его влияние может оказаться заметным, а зачастую и стать преобладающим, что негативно скажется на результатах проводимых с помощью компаса измерениях.

В конце концов, на ошибку в показаниях магнитного (да и не только магнитного) компаса может повлиять его неисправность. Это не такая уж редко встречаемая ситуация, поэтому к ней нужно отнестись со всей ответственностью, проверяя компас на исправность до выхода на маршрут.

Вспомогательные «стрелочные» элементы компаса

Для обеспечения корректной работы основного элемента компаса — магнитной стрелки — в этом устройстве предусмотрен ряд вспомогательных элементов. Ознакомимся с некоторыми из них.

Колба. Она позволяет защитить стрелку от механических повреждений, утери и от влияния ветра и дождя.

Жидкость в колбе. Она служит для быстрой стабилизации стрелки. Компасы, колба которых заполнена специальной жидкостью, называются жидкостными. В «воздушных» моделях для этой цели использовался латунный корпус, уменьшающий колебания стрелки за счет возникновения индукционных токов. Однако, если сравнивать два варианта стабилизации, то в случае с жидкостью любые колебания стрелки затухают намного быстрее.

Арретир. Это специальный стопор для остановки стрелки, чаще всего представляющий собой небольшой рычажок-фиксатор. Он позволяет удерживать стрелку в неподвижном состоянии, предотвращая ее хаотичные колебания во время движения человека по маршруту.

О других элементах, из которых состоит магнитный компас, мы очень подробно рассказывали в отдельной статье…

Как сделать стрелку для компаса своими руками

В аварийной ситуации, которая произошла за пределами цивилизации, может понадобится сконструировать примитивный компас.

В качестве стрелки для такого компаса допустимо использовать любые небольшие изделия из ферромагнетиков. Чаще всего в качестве стрелки для самодельного компаса используют намагниченную швейную иглу, хотя с тем же успехом в этой роли выступают и другие предметы, например, английская булавка или рыболовный крючок.

Подробнее о том, как сделать компас из подручных материалов, можно прочитать в этой статье…

Кстати, в древнем Китае, где был изобретен первый магнитный компас, в качестве стрелки использовали специальную намагниченную ложку, свободно вращающуюся на гладкой доске.

Как сориентироваться по стрелке компаса

С помощью работающей магнитной стрелки можно решать разные задачи, но для ориентирования важны в первую очередь две — определение сторон света и определение направления, в котором нужно двигаться.

Для того, чтобы определить стороны света, нужно с помощью стрелки найти направление на север и стать к нему лицом. Теперь позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.

Чтобы по стрелке компаса выбрать направление дальнейшего движения, зная азимут, нужно определить по показаниям стрелки направление на север, а затем от него по часовой стрелке отмерить угол, соответствующий нужному магнитному азимуту.

Как видим, в работе магнитной стрелки, как и самой стрелке нет ничего загадочного и противоречивого. Все вполне объясняется законами физики и знаниями об окружающем нас мире. Именно эти знания, накопленные предыдущими поколениями, позволяли людям выживать и привели к расцвету человеческую цивилизацию, и именно эти знания в наши дни становятся на помощь тем, кто оказались в аварийных условиях вдали от цивилизации или попросту заблудился в лесу, отправившись за грибами.

Источник

Краткая теория эксперимента. Магнитное поле действует на магнитную стрелку, стремясь ориентировать ее вдоль

Магнитное поле действует на магнитную стрелку, стремясь ориентировать ее вдоль силовых линий. На этом основана работа компаса, ориентация магнитной стрелки которого позволяет определить направление на северный и южный магнитные полюсы и связанные с ними географические полюсы Земли. Если магнитная стрелка может вращаться только в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси (например, как в обычном компасе), то ориентация магнитной стрелки соответствует направлению горизонтальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли. Для определения величины горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли магнитную стрелку компаса помещают в поле еще одного источника магнитного поля – в поле проводника с током. В этом случае магнитная стрелка оказывается в суммарном магнитном поле Земли и проводника с током, и по ее ориентации можно определить соотношение индукций магнитных полей Земли и проводника с током. В качестве проводника в данной лабораторной работе использована катушка с круговыми витками, а магнитная стрелка помещена в центр кругового тока, как показано на рис. 1.

Первоначально, при отсутствии тока в витках катушки плоскость катушки располагают так, чтобы в этой плоскости оказалась магнитная стрелка и, соответственно, плоскость магнитного меридиана Земли. После включения тока в катушке (рис. 1a) магнитная стрелка компаса поворачивается на угол , ориентируясь по направлению суммарного (результирующего) магнитного поля , состоящего из горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли и индукции магнитного поля кругового тока в центре витков катушки .

Величина индукции магнитного поля в центре катушки с током :

, где N – число витков катушки,

– индукция магнитного поля, создаваемого одним витком катушки с током (r – радиус витков катушки).

Направление вектора индукции магнитного поля в центре кругового тока совпадает с осью витка и соответствует правилу правого винта (рис. 1а, 1б) .

Из рис. 1a видно, что величину горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли можно найти, зная (рассчитав предварительно) (индукцию магнитного поля в центре катушки с током ) и измерив угол поворота магнитной стрелки при включении тока :

Для повышения точности измерений эксперимент повторяют, пропуская через катушку такой же как по величине, но противоположный по направлению ток ( ). Вновь измеряют угол отклонения магнитной стрелки при включении тока , т.е. угол (рис. 1б) и вычисляют угол , как среднее значение двух измерений:

По найденному значению угла для величины тока I определяют горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли :

Проделав пять таких двойных измерений угла отклонения магнитной стрелки ( , ) для пяти различных значений силы тока ( ) в витках катушки, необходимо рассчитать пять значений величины ( ) и в итоге определить среднее значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли :

Абсолютная погрешность при определении величины может быть найдена следующим образом: .

Окончательный результат: . Относительная погрешность:

Источник