Električni vodovi magnetsko polje

Magnetna polja, baš kao i električna, mogu se grafički prikazati pomoću linija sile. Linija magnetnog polja, ili linija indukcije magnetskog polja, je linija čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa smjerom vektora indukcije magnetskog polja.

A)	b)	V)

Rice. 1.2. Linije magnetskog polja istosmjerne struje (a),

kružna struja (b), solenoid (c)

Magnetic dalekovodi baš kao i električni, ne seku se. Oni su nacrtani takvom gustinom da je broj linija koje prelaze jediničnu površinu okomito na njih jednak (ili proporcionalan) veličini magnetske indukcije magnetskog polja na datoj lokaciji.

Na sl. 1.2, A Prikazane su poljske linije jednosmjerne struje koje su koncentrične kružnice čiji se centar nalazi na strujnoj osi, a smjer je određen pravilom desnog zavrtnja (struja u provodniku je usmjerena prema čitaču).

Magnetne indukcijske linije mogu se „otkriti“ pomoću željeznih strugotina, koje se magnetiziraju u polju koje se proučava i ponašaju se poput malih magnetnih iglica. Na sl. 1.2, b prikazane su linije magnetnog polja kružne struje. Magnetno polje solenoida prikazano je na sl. 1.2, V.

Linije magnetnog polja su zatvorene. Polja sa zatvorenim linijama sila nazivaju se vrtložna polja. Očigledno je da je magnetsko polje vrtložno polje. Ovo je značajna razlika između magnetnog i elektrostatičkog polja.

U elektrostatičkom polju, linije sile su uvijek otvorene: počinju i završavaju električnim nabojima. Magnetne linije sile nemaju ni početak ni kraj. To odgovara činjenici da u prirodi nema magnetnih naboja.

1.4. Biot-Savart-Laplaceov zakon

Francuski fizičari J. Biot i F. Savard izveli su istraživanje magnetnih polja 1820. koju stvaraju struje, teče kroz tanke žice raznih oblika. Laplace je analizirao eksperimentalne podatke koje su dobili Biot i Savart i uspostavio odnos koji je nazvan Biot-Savart-Laplaceov zakon.

Prema ovom zakonu, indukcija magnetskog polja bilo koje struje može se izračunati kao vektorski zbir (superpozicija) indukcija magnetskog polja koje stvaraju pojedinačni elementarni dijelovi struje. Za magnetsku indukciju polja stvorenog trenutnim elementom dužine, Laplace je dobio formulu:

, (1.3)

gdje je vektor, po modulu jednaka dužini provodni element i poklapa se u pravcu sa strujom (slika 1.3); – radijus vektor povučen od elementa do tačke u kojoj je određen; – modul radijus vektora.

Hajde da zajedno shvatimo šta je magnetno polje. Na kraju krajeva, mnogi ljudi žive na ovom polju cijeli život i ni ne razmišljaju o tome. Vrijeme je da to popravite!

Magnetno polje

Magnetno polje- posebna vrsta materije. Očituje se djelovanjem na pokretne električne naboje i tijela koja imaju svoj magnetni moment (trajni magneti).

Važno: magnetsko polje ne utiče na stacionarna naelektrisanja! Magnetno polje se također stvara kretanjem električnih naboja, ili vremenski promjenjivim električnim poljem, ili magnetskim momentima elektrona u atomima. Odnosno, svaka žica kroz koju teče struja takođe postaje magnet!

Telo koje ima svoje magnetno polje.

Magnet ima polove koji se nazivaju sjever i jug. Oznake "sjever" i "jug" date su samo radi praktičnosti (poput "plus" i "minus" u struji).

Magnetno polje je predstavljeno sa magnetni vodovi. Linije sila su neprekidne i zatvorene, a njihov smjer uvijek se poklapa sa smjerom djelovanja sila polja. Ako su metalne strugotine rasute oko stalnog magneta, metalne čestice će pokazati jasnu sliku linija magnetnog polja koje izlaze iz sjevernog pola i ulaze u južni pol. Grafička karakteristika magnetnog polja - linije sile.

Karakteristike magnetnog polja

Glavne karakteristike magnetnog polja su magnetna indukcija, magnetni fluks I magnetna permeabilnost. Ali hajde da pričamo o svemu po redu.

Odmah napominjemo da su sve mjerne jedinice date u sistemu SI.

Magnetna indukcija B – vektorska fizička veličina, koja je glavna karakteristika sile magnetskog polja. Označeno slovom B . Mjerna jedinica magnetne indukcije – Tesla (T).

Magnetna indukcija pokazuje koliko je jako polje određivanjem sile kojom djeluje na naboj. Ova sila se zove Lorencova sila.

Evo q - punjenje, v - njegova brzina u magnetnom polju, B - indukcija, F - Lorentzova sila kojom polje deluje na naelektrisanje.

F- fizička količina, jednak proizvodu magnetna indukcija na području konture i kosinus između vektora indukcije i normale na ravan konture kroz koju prolazi fluks. Magnetski fluks je skalarna karakteristika magnetnog polja.

Možemo reći da magnetni tok karakterizira broj linija magnetske indukcije koje prodiru u jediničnu površinu. Magnetski fluks se mjeri u Weberach (Wb).

Magnetna permeabilnost– koeficijent koji određuje magnetna svojstva medija. Jedan od parametara od kojih zavisi magnetna indukcija polja je magnetna permeabilnost.

Naša planeta je već nekoliko milijardi godina veliki magnet. Indukcija Zemljinog magnetnog polja varira u zavisnosti od koordinata. Na ekvatoru je otprilike 3,1 puta 10 na minus peti stepen Tesle. Osim toga, postoje magnetne anomalije gdje se vrijednost i smjer polja značajno razlikuju od susjednih područja. Neke od najvećih magnetnih anomalija na planeti - Kursk I Brazilske magnetne anomalije.

Poreklo Zemljinog magnetnog polja i dalje ostaje misterija za naučnike. Pretpostavlja se da je izvor polja tečno metalno jezgro Zemlje. Jezgro se kreće, što znači da se rastopljena legura željeza i nikla kreće, a kretanje nabijenih čestica je električna struja koja stvara magnetsko polje. Problem je što ova teorija ( geodynamo) ne objašnjava kako se polje održava stabilnim.

Zemlja je ogroman magnetni dipol. Magnetni polovi se ne poklapaju sa geografskim, iako su u neposrednoj blizini. Štaviše, Zemljini magnetni polovi se pomeraju. Njihovo raseljavanje se bilježi od 1885. godine. Na primjer, u proteklih sto godina, magnetni pol na južnoj hemisferi pomjerio se za skoro 900 kilometara i sada se nalazi u Južnom okeanu. Pol arktičke hemisfere kreće se kroz Arktički okean do istočnosibirske magnetne anomalije, a brzina kretanja (prema podacima iz 2004. godine) iznosila je oko 60 kilometara godišnje. Sada dolazi do ubrzanja kretanja polova - u prosjeku, brzina raste za 3 kilometra godišnje.

Kakav je značaj Zemljinog magnetnog polja za nas? Prije svega, Zemljino magnetsko polje štiti planetu od kosmičkih zraka i sunčevog vjetra. Nabijene čestice iz dubokog svemira ne padaju direktno na tlo, već ih odbija džinovski magnet i kreću se duž njegovih linija sile. Tako su sva živa bića zaštićena od štetnog zračenja.

Nekoliko događaja dogodilo se tokom istorije Zemlje. inverzije(promjene) magnetnih polova. Inverzija polova- ovo je kada menjaju mesta. Posljednji put se ovaj fenomen dogodio prije oko 800 hiljada godina, a ukupno je u istoriji Zemlje bilo više od 400 geomagnetskih inverzija. Neki naučnici smatraju da je, s obzirom na uočeno ubrzanje kretanja magnetnih polova, sljedeći pol inverziju treba očekivati ​​u narednih nekoliko hiljada godina.

Srećom, promjena polova se još ne očekuje u našem vijeku. To znači da možete razmišljati o ugodnim stvarima i uživati ​​u životu u dobrom starom stalnom polju Zemlje, s obzirom na osnovna svojstva i karakteristike magnetnog polja. A da biste to učinili, tu su naši autori, kojima s povjerenjem možete povjeriti neke od vaspitnih nevolja! i druge vrste radova možete naručiti putem linka.

Prilikom spajanja dva paralelna vodiča na električnu struju, oni će privlačiti ili odbijati, ovisno o smjeru (polaritetu) spojene struje. Ovo se objašnjava fenomenom nastanka posebne vrste materije oko ovih provodnika. Ova materija se naziva magnetno polje (MF). Magnetna sila je sila kojom provodnici djeluju jedan na drugog.

Teorija magnetizma nastala je u drevnim vremenima, u drevnoj civilizaciji Azije. U planinama Magnezije pronašli su posebnu stijenu, čiji su se komadi mogli privući jedni prema drugima. Na osnovu naziva mjesta, ova stijena je nazvana “magnetna”. Magnet sa šipkom sadrži dva pola. Njegova magnetska svojstva posebno su izražena na polovima.

Magnet koji visi na niti će svojim polovima pokazati strane horizonta. Njegovi polovi će biti okrenuti prema sjeveru i jugu. Kompas uređaj radi na ovom principu. Suprotni polovi dva magneta se privlače, a slični polovi odbijaju.

Naučnici su otkrili da se magnetizirana igla koja se nalazi u blizini provodnika skreće kada električna struja prođe kroz nju. To ukazuje da se oko njega formira MP.

Magnetno polje utiče na:

Pokretni električni naboji.
Supstance koje se nazivaju feromagneti: gvožđe, liveno gvožđe, njihove legure.

Trajni magneti su tijela koja imaju zajednički magnetni moment nabijenih čestica (elektrona).

1 - Južni pol magneta
2 - Sjeverni pol magneta
3 - MP na primjeru metalnih strugotina
4 - Smjer magnetnog polja

Linije sile se pojavljuju kada se permanentni magnet približi listu papira na koji je izliven sloj željeznih strugotina. Na slici su jasno prikazane lokacije polova sa orijentisanim linijama sile.

Izvori magnetnog polja

• Električno polje se mijenja tokom vremena.
• Mobilni troškovi.
• Trajni magneti.

Od djetinjstva smo upoznati sa trajnim magnetima. Korištene su kao igračke koje su privlačile razne metalne dijelove. Bile su pričvršćene za frižider, ugrađene u razne igračke.

Električni naboji koji su u pokretu najčešće imaju veću magnetnu energiju u odnosu na trajne magnete.

Svojstva

• Main žig a svojstvo magnetnog polja je relativnost. Ako nabijeno tijelo ostavite nepomično u određenom referentnom okviru i postavite magnetnu iglu u blizini, ono će pokazivati ​​na sjever, a istovremeno neće "osjetiti" strano polje, osim polja zemlje. . A ako počnete pomicati nabijeno tijelo blizu strelice, tada će se oko tijela pojaviti MP. Kao rezultat, postaje jasno da se MF formira samo kada se određeni naboj kreće.
• Magnetno polje može utjecati i utjecati na električnu struju. Može se detektovati praćenjem kretanja naelektrisanih elektrona. U magnetskom polju, čestice sa nabojem će se skretati, provodnici sa strujom koja teče će se kretati. Okvir sa priključenim dovodom struje će početi da se okreće, a magnetizovani materijali će se pomeriti na određenu udaljenost. Igla kompasa je najčešće obojena Plava boja. To je traka od magnetiziranog čelika. Kompas uvek pokazuje sever, pošto Zemlja ima magnetno polje. Cijela planeta je poput velikog magneta sa svojim polovima.

Magnetno polje se ne percipira ljudskim organima, a može se snimati samo posebnim uređajima i senzorima. Dolazi u varijabilnim i stalnim vrstama. Izmjenično polje obično stvaraju posebni induktori koji rade na naizmjeničnu struju. Konstantno polje formira konstantno električno polje.

Pravila

Razmotrimo osnovna pravila za prikazivanje magnetskog polja za različite vodiče.

Gimlet pravilo

Linija sile je prikazana u ravni, koja se nalazi pod uglom od 90 0 u odnosu na putanju strujanja tako da je u svakoj tački sila usmjerena tangencijalno na liniju.

Da biste odredili smjer magnetskih sila, morate zapamtiti pravilo gimleta s desnim navojem.

Gimlet mora biti pozicioniran duž iste ose sa trenutnim vektorom, ručka mora biti rotirana tako da se gimlet kreće u smjeru svog smjera. U ovom slučaju, orijentacija linija se određuje rotiranjem ručke gimleta.

Pravilo prstena

Translacijsko pomicanje gimleta u vodiču napravljenom u obliku prstena pokazuje kako je indukcija orijentirana; rotacija se poklapa s protokom struje.

Linije sile imaju svoj nastavak unutar magneta i ne mogu biti otvorene.

Magnetno polje različitih izvora se dodaje jedno drugom. Čineći to, oni stvaraju zajedničko polje.

Magneti sa istim polovima se odbijaju, a magneti sa različitim polovima privlače. Vrijednost snage interakcije ovisi o udaljenosti između njih. Kako se polovi približavaju, sila se povećava.

Parametri magnetnog polja

• spojka protoka ( Ψ ).
• Vektor magnetne indukcije ( IN).
• Magnetski fluks ( F).

Intenzitet magnetnog polja izračunava se veličinom vektora magnetske indukcije, koji zavisi od sile F, a formira se strujom I duž provodnika dužine l: B = F / (I * l).

Magnetna indukcija se mjeri u Tesli (T), u čast naučnika koji je proučavao fenomene magnetizma i radio na njihovim metodama proračuna. 1 T jednako je sili indukcije magnetskog toka 1 N na dužinu 1m ravnog provodnika pod uglom 90 0 u smjeru polja, sa strujom od jednog ampera:

1 T = 1 x H / (A x m).

Pravilo lijeve ruke

Pravilo pronalazi smjer vektora magnetske indukcije.

Ako se dlan lijeve ruke postavi u polje tako da linije magnetskog polja ulaze u dlan sa sjevernog pola na 90 0, a 4 prsta se pomaknu duž strujnog toka, thumbće pokazati smjer magnetske sile.

Ako je provodnik pod drugim uglom, tada će sila direktno zavisiti od struje i projekcije vodiča na ravninu pod pravim uglom.

Sila ne ovisi o vrsti materijala provodnika i njegovom poprečnom presjeku. Ako nema vodiča, a naboji se kreću u drugom mediju, tada se sila neće promijeniti.

Kada je vektor magnetnog polja usmjeren u jednom smjeru jedne veličine, polje se naziva uniformno. Različita okruženja utiču na veličinu vektora indukcije.

Magnetski fluks

Magnetna indukcija koja prolazi kroz određeno područje S i ograničena ovim područjem je magnetni tok.

Ako je područje nagnuto pod određenim uglom α prema indukcijskoj liniji, magnetski fluks se smanjuje za veličinu kosinusa ovog ugla. Njegova najveća vrijednost nastaje kada je područje pod pravim uglom u odnosu na magnetsku indukciju:

F = B * S.

Magnetski fluks se mjeri u jedinici kao što je "weber", što je jednako protoku indukcije veličine 1 T po oblasti u 1 m2.

Flux linkage

Ovaj koncept se koristi za stvaranje opšte značenje magnetni tok, koji se stvara od određenog broja vodiča koji se nalaze između magnetnih polova.

U slučaju da je ista struja I teče kroz namotaj s brojem zavoja n, ukupni magnetni tok formiran od svih zavoja je veza fluksa.

Flux linkage Ψ mjereno u Webersu, i jednako: Ψ = n * F.

Magnetna svojstva

Magnetna permeabilnost određuje koliko je magnetsko polje u određenom mediju niže ili veće od indukcije polja u vakuumu. Supstanca se naziva magnetiziranom ako proizvodi vlastito magnetsko polje. Kada se supstanca stavi u magnetsko polje, ona postaje magnetizirana.

Naučnici su utvrdili razlog zašto tijela dobijaju magnetska svojstva. Prema hipotezi naučnika, unutra se nalaze supstance električne struje mikroskopska veličina. Elektron ima svoj magnetni moment, koji je kvantne prirode i kreće se duž određene orbite u atomima. Upravo te male struje određuju magnetna svojstva.

Ako se struje kreću nasumično, tada su magnetna polja uzrokovana njima samokompenzirajuća. Eksterno polje čini struje uređenim, tako da se formira magnetno polje. Ovo je magnetizacija supstance.

Različite tvari se mogu podijeliti prema svojstvima njihove interakcije s magnetnim poljima.

Podijeljeni su u grupe:

Paramagneti– tvari koje imaju svojstva magnetizacije u smjeru vanjskog polja i imaju nizak potencijal za magnetizam. Imaju pozitivnu snagu polja. Takve tvari uključuju željezni hlorid, mangan, platinu itd.
Ferimagneti– supstance sa neuravnoteženim magnetnim momentima u pravcu i vrednosti. Karakterizira ih prisustvo nekompenziranog antiferomagnetizma. Jačina polja i temperatura utiču na njihovu magnetnu osetljivost (razni oksidi).
Feromagneti– supstance sa povećanom pozitivnom osetljivošću, u zavisnosti od napetosti i temperature (kristali kobalta, nikla, itd.).
Dijamagneti– imaju svojstvo magnetizacije u suprotnom smjeru od vanjskog polja, tj. negativno značenje magnetska osjetljivost, neovisna o napetosti. U nedostatku polja, ova supstanca neće imati magnetna svojstva. Ove supstance uključuju: srebro, bizmut, azot, cink, vodonik i druge supstance.
Antiferomagneti – imaju uravnotežen magnetni moment, što rezultira niskim stepenom magnetizacije supstance. Kada se zagrije, dolazi do faznog prijelaza tvari, tijekom kojeg se pojavljuju paramagnetna svojstva. Kada temperatura padne ispod određene granice, takva svojstva se neće pojaviti (hrom, mangan).

Razmatrani magneti su takođe klasifikovani u još dve kategorije:

Meki magnetni materijali . Imaju nisku koercitivnost. U magnetnim poljima male snage mogu postati zasićeni. Tokom procesa preokretanja magnetizacije, oni doživljavaju manje gubitke. Kao rezultat toga, takvi materijali se koriste za proizvodnju jezgara električnih uređaja koji rade na izmjeničnom naponu (, generator,).
Hard magnetic materijala. Imaju povećanu silu prinude. Za njihovo ponovno magnetiziranje potrebno je snažno magnetsko polje. Takvi materijali se koriste u proizvodnji trajnih magneta.

Magnetska svojstva različitih supstanci nalaze svoju primjenu u inženjerskim projektima i izumima.

Magnetna kola

Kombinacija nekoliko magnetnih supstanci naziva se magnetsko kolo. Oni su slični i određeni su sličnim zakonima matematike.

Električni uređaji, induktivnosti itd. rade na bazi magnetnih kola. U funkcionalnom elektromagnetu, fluks teče kroz magnetni krug napravljen od feromagnetnog materijala i zraka, koji nije feromagnetski. Kombinacija ovih komponenti je magnetno kolo. Mnogi električni uređaji u svom dizajnu sadrže magnetna kola.

> Linije magnetnog polja

Kako odrediti linije magnetnog polja: dijagram jačine i smjera linija magnetnog polja, pomoću kompasa za određivanje magnetnih polova, crtež.

Linije magnetnog polja Korisno za vizualno prikazivanje jačine i smjera magnetskog polja.

Cilj učenja

• Povežite jačinu magnetnog polja sa gustinom linija magnetnog polja.

Glavne tačke

• Smjer magnetskog polja prikazuje igle kompasa koje dodiruju linije magnetskog polja u bilo kojoj određenoj tački.
• Jačina B-polja je obrnuto proporcionalna udaljenosti između linija. Takođe je tačno proporcionalan broju linija po jedinici površine. Jedna linija nikada ne prelazi drugu.
• Magnetno polje je jedinstveno u svakoj tački u svemiru.
• Linije se ne prekidaju i stvaraju zatvorene petlje.
• Linije se protežu od sjevernog do južnog pola.

Uslovi

• Linije magnetnog polja su grafički prikaz veličine i smjera magnetskog polja.
• B-polje je sinonim za magnetno polje.

Linije magnetnog polja

Kažu da je Albert Ajnštajn kao dete voleo da gleda u kompas, razmišljajući o tome kako igla oseća silu bez direktnog fizičkog kontakta. Duboko razmišljanje i ozbiljno interesovanje doveli su do odrastanja djeteta i stvaranja vlastite revolucionarne teorije relativnosti.

Budući da magnetske sile utječu na udaljenosti, izračunavamo magnetna polja koja predstavljaju ove sile. Linijska grafika je korisna za vizualizaciju jačine i smjera magnetskog polja. Izduženje linija ukazuje na sjevernu orijentaciju igle kompasa. Magnetno se zove B-polje.

(a) – Ako se mali kompas koristi za upoređivanje magnetnog polja oko šipkastog magneta, on će pokazati ispravan smjer od sjevernog do južnog pola. (b) – Dodavanje strelica stvara kontinuirane linije magnetnog polja. Snaga je proporcionalna blizini linija. (c) – Ako možete ispitati unutrašnjost magneta, linije će se pojaviti kao zatvorene petlje

Nema ništa teško u poređenju magnetnog polja objekta. Prvo izračunajte jačinu i smjer magnetskog polja na nekoliko lokacija. Označite ove točke vektorima usmjerenim u smjeru lokalnog magnetskog polja veličinom proporcionalnom njegovoj jačini. Možete kombinovati strelice da formirate linije magnetnog polja. Smjer u bilo kojoj tački bit će paralelan sa smjerom najbližih linija polja, a lokalna gustoća može biti proporcionalna jačini.

Linije magnetnog polja liče na konturne linije topografske karte, jer pokazuju nešto kontinuirano. Mnogi zakoni magnetizma mogu se formulirati korištenjem jednostavnih koncepata, kao što je broj linija polja kroz površinu.

Smjer linija magnetnog polja predstavljen poravnanjem željeznih strugotina na papiru postavljenom iznad šipkastog magneta

Na prikaz linija utiču različite pojave. Na primjer, željezne strugotine na liniji magnetnog polja stvaraju linije koje odgovaraju magnetskim. Oni su takođe vizuelno prikazani u aurorama.

Mali kompas poslan u polje će se poravnati paralelno sa linijom polja, sa sjevernim polom koji pokazuje E.

Minijaturni kompasi se mogu koristiti za demonstriranje polja. (a) – Magnetno polje kružne strujne petlje nalikuje magnetnom polju. (b) – Duga i ravna žica formira polje sa linijama magnetnog polja koje stvaraju kružne petlje. (c) – Kada je žica u ravni papira, polje viri okomito na papir. Zabilježite koji se simboli koriste za okvir koji pokazuje prema unutra i prema van

Detaljno proučavanje magnetnih polja pomoglo je da se izvuku brojna važna pravila:

• Smjer magnetskog polja dodiruje liniju polja u bilo kojoj tački u prostoru.
• Jačina polja je proporcionalna blizini linije. Takođe je tačno proporcionalan broju linija po jedinici površine.
• Linije magnetnog polja se nikada ne sudaraju, što znači da će u bilo kojoj tački u prostoru magnetsko polje biti jedinstveno.
• Linije ostaju neprekidne i idu od sjevernog prema južnom polu.

Posljednje pravilo se zasniva na činjenici da se polovi ne mogu razdvojiti. I razlikuje se od linija električno polje, u kojoj su kraj i početak označeni pozitivnim i negativnim nabojem.