Daljnovodi magnetno polje

Magnetna polja, tako kot električna, lahko grafično predstavimo s pomočjo silnic. Linija magnetnega polja ali indukcijska črta magnetnega polja je črta, katere tangenta v vsaki točki sovpada s smerjo vektorja indukcije magnetnega polja.

A)	b)	V)

riž. 1.2. Enosmerne magnetne silnice (a),

krožni tok (b), solenoid (c)

Magnetna daljnovodi tako kot električni se ne križajo. Narisane so s takšno gostoto, da je število črt, ki prečkajo enoto površine pravokotno nanje, enako (ali sorazmerno z) velikostjo magnetne indukcije magnetnega polja na dani lokaciji.

Na sl. 1.2, A Prikazane so silnice enosmernega toka, ki so koncentrični krogi, katerih središče se nahaja na tokovni osi, smer pa je določena s pravilom desnega vijaka (tok v vodniku je usmerjen proti čitalcu).

Magnetne indukcijske črte je mogoče »razkriti« z uporabo železnih opilkov, ki se namagnetijo v proučevanem polju in se obnašajo kot majhne magnetne igle. Na sl. 1.2, b prikazane so magnetne silnice krožnega toka. Magnetno polje solenoida je prikazano na sl. 1.2, V.

Magnetne silnice so zaprte. Polja z zaprtimi silnicami imenujemo vrtinčna polja. Očitno je, da je magnetno polje vrtinčno polje. To je bistvena razlika med magnetnim in elektrostatičnim poljem.

V elektrostatičnem polju so silnice vedno odprte: začnejo se in končajo pri električnih nabojih. Magnetne silnice nimajo ne začetka ne konca. To ustreza dejstvu, da v naravi ni magnetnih nabojev.

1.4. Biot-Savart-Laplaceov zakon

Francoska fizika J. Biot in F. Savard sta leta 1820 izvedla študijo magnetnih polj, ki jih ustvarjajo tokovi, ki teče skozi tanke žice različne oblike. Laplace je analiziral eksperimentalne podatke, ki sta jih pridobila Biot in Savart, in ugotovil razmerje, ki so ga poimenovali Biot-Savart-Laplaceov zakon.

Po tem zakonu lahko indukcijo magnetnega polja katerega koli toka izračunamo kot vektorsko vsoto (superpozicijo) indukcij magnetnega polja, ki jih ustvarijo posamezni osnovni odseki toka. Za magnetno indukcijo polja, ki ga ustvari tokovni element dolžine , je Laplace dobil formulo:

, (1.3)

kjer je vektor, modulo enaka dolžini vodniški element in sovpada v smeri s tokom (slika 1.3); – radij vektor, narisan od elementa do točke, v kateri je določen; – modul radijskega vektorja.

Razumejmo skupaj, kaj je magnetno polje. Navsezadnje veliko ljudi živi na tem področju vse življenje in o tem sploh ne razmišlja. Čas je, da to popravimo!

Magnetno polje

Magnetno polje- posebna vrsta snovi. Kaže se v delovanju na premikajoče se električne naboje in telesa, ki imajo svoj magnetni moment (trajni magneti).

Pomembno: magnetno polje ne vpliva na stacionarne naboje! Magnetno polje nastane tudi zaradi premikanja električnih nabojev ali časovno spremenljivega električnega polja ali magnetnih momentov elektronov v atomih. Se pravi, vsaka žica, po kateri teče tok, postane tudi magnet!

Telo, ki ima svoje magnetno polje.

Magnet ima pola, ki se imenujeta severni in južni. Oznaki "sever" in "jug" sta podani samo zaradi priročnosti (kot "plus" in "minus" pri elektriki).

Magnetno polje predstavlja magnetni daljnovodi. Silnice so zvezne in sklenjene, njihova smer pa vedno sovpada s smerjo delovanja silnic polja. Če so kovinski ostružki razpršeni okoli trajnega magneta, bodo kovinski delci pokazali jasno sliko silnic magnetnega polja, ki izhajajo iz severnega pola in vstopajo v južni pol. Grafična značilnost magnetnega polja - silnice.

Značilnosti magnetnega polja

Glavne značilnosti magnetnega polja so magnetna indukcija, magnetni tok in magnetna prepustnost. Toda pogovorimo se o vsem po vrsti.

Naj takoj opozorimo, da so v sistemu podane vse merske enote SI.

Magnetna indukcija B – vektorska fizikalna veličina, ki je glavna sila, značilna za magnetno polje. Označeno s črko B . Merska enota magnetne indukcije – Tesla (T).

Magnetna indukcija kaže, kako močno je polje, tako da določi silo, s katero deluje na naboj. Ta sila se imenuje Lorentzova sila.

Tukaj q - napolniti, v - njegova hitrost v magnetnem polju, B - indukcija, F - Lorentzova sila, s katero polje deluje na naboj.

F- fizikalna količina, enako zmnožku magnetna indukcija na območju obrisa in kosinus med indukcijskim vektorjem in normalo na ravnino obrisa, skozi katero prehaja tok. Magnetni pretok je skalarna karakteristika magnetnega polja.

Lahko rečemo, da magnetni tok označuje število magnetnih indukcijskih linij, ki prodirajo na enoto površine. Magnetni pretok se meri v Weberach (Wb).

Magnetna prepustnost– koeficient, ki določa magnetne lastnosti medija. Eden od parametrov, od katerih je odvisna magnetna indukcija polja, je magnetna prepustnost.

Naš planet je že nekaj milijard let ogromen magnet. Indukcija zemeljskega magnetnega polja se spreminja glede na koordinate. Na ekvatorju je približno 3,1 krat 10 na minus peto Teslovo potenco. Poleg tega obstajajo magnetne anomalije, kjer se vrednost in smer polja bistveno razlikujeta od sosednjih območij. Nekaj ​​največjih magnetnih anomalij na planetu - Kursk in Brazilske magnetne anomalije.

Izvor zemeljskega magnetnega polja za znanstvenike še vedno ostaja skrivnost. Predpostavlja se, da je izvor polja tekoče kovinsko jedro Zemlje. Jedro se premika, kar pomeni, da se premika staljena zlitina železa in niklja, gibanje nabitih delcev pa je električni tok, ki ustvarja magnetno polje. Težava je v tem, da ta teorija ( geodinamo) ne pojasnjuje, kako se polje ohranja stabilno.

Zemlja je ogromen magnetni dipol. Magnetni poli ne sovpadajo z geografskimi, čeprav so v neposredni bližini. Poleg tega se zemeljski magnetni poli premikajo. Njihovo selitev beležijo od leta 1885. Na primer, v zadnjih sto letih se je magnetni pol na južni polobli premaknil za skoraj 900 kilometrov in se zdaj nahaja v južnem oceanu. Pol arktične poloble se premika skozi Arktični ocean do vzhodnosibirske magnetne anomalije, njegova hitrost gibanja (po podatkih iz leta 2004) je bila približno 60 kilometrov na leto. Zdaj je gibanje polov pospešeno - v povprečju se hitrost poveča za 3 kilometre na leto.

Kakšen pomen ima za nas zemeljsko magnetno polje? Prvič, Zemljino magnetno polje ščiti planet pred kozmičnimi žarki in sončnim vetrom. Nabiti delci iz globokega vesolja ne padejo neposredno na tla, ampak jih orjaški magnet odbije in se premikajo vzdolž njegovih silnic. Tako so vsa živa bitja zaščitena pred škodljivimi sevanji.

V zgodovini Zemlje se je zgodilo več dogodkov. inverzije(spremembe) magnetnih polov. Inverzija polov- takrat zamenjajo mesta. Nazadnje se je ta pojav zgodil pred približno 800 tisoč leti, skupno pa je bilo v zgodovini Zemlje več kot 400 geomagnetnih inverzij.Nekateri znanstveniki menijo, da je glede na opaženo pospeševanje gibanja magnetnih polov naslednji pol inverzijo je treba pričakovati v naslednjih nekaj tisoč letih.

Na srečo v našem stoletju še ni pričakovati spremembe polov. To pomeni, da lahko razmišljate o prijetnih stvareh in uživate v življenju v dobrem starem konstantnem polju Zemlje, ob upoštevanju osnovnih lastnosti in značilnosti magnetnega polja. In da vam bo to uspelo, so tu naši avtorji, ki jim lahko z zaupanjem zaupate nekaj vzgojnih tegob! in druge vrste del lahko naročite preko povezave.

Pri priključitvi dveh vzporednih vodnikov na električni tok se bosta privlačila ali odbijala, odvisno od smeri (polarnosti) priključenega toka. To je razloženo s pojavom nastanka posebne vrste snovi okoli teh prevodnikov. To snov imenujemo magnetno polje (MF). Magnetna sila je sila, s katero prevodniki delujejo drug na drugega.

Teorija magnetizma je nastala v starih časih, v starodavni civilizaciji Azije. V gorah Magnezije so našli posebno skalo, katere koščki so se lahko medsebojno privlačili. Glede na ime kraja so to skalo imenovali "magnetna". Palični magnet vsebuje dva pola. Njegove magnetne lastnosti so še posebej izrazite na polih.

Magnet, ki visi na nitki, bo s svojimi poli pokazal strani obzorja. Njena pola bodo obrnjena proti severu in jugu. Po tem principu deluje kompas. Nasprotna pola dveh magnetov se privlačita, enaka pola pa odbijata.

Znanstveniki so odkrili, da se magnetizirana igla, ki se nahaja v bližini prevodnika, odkloni, ko skozi njo teče električni tok. To pomeni, da se okoli njega oblikuje MP.

Magnetno polje vpliva na:

Premikanje električnih nabojev.
Snovi, imenovane feromagneti: železo, lito železo, njihove zlitine.

Permanentni magneti so telesa, ki imajo skupen magnetni moment nabitih delcev (elektronov).

1 - Južni pol magneta
2 - Severni pol magneta
3 - MP na primeru kovinskih opilkov
4 - Smer magnetnega polja

Silnice se pojavijo, ko se trajni magnet približa listu papirja, na katerega je nasuta plast železnih opilkov. Na sliki so jasno prikazane lokacije polov z usmerjenimi silnicami.

Viri magnetnega polja

• Električno polje se spreminja skozi čas.
• Mobilni stroški.
• Trajni magneti.

Trajne magnete poznamo že od otroštva. Uporabljali so jih kot igrače, ki so pritegnile različne kovinske dele. Pritrjeni so bili na hladilnik, vgrajeni so bili v različne igrače.

Električni naboji, ki se gibljejo, imajo največkrat večjo magnetno energijo v primerjavi s trajnimi magneti.

Lastnosti

• Glavni znak in lastnost magnetnega polja je relativnost. Če pustite nabito telo nepremično v določenem referenčnem okviru in postavite magnetno iglo v bližino, bo kazalo proti severu in hkrati ne bo "čutilo" tujega polja, razen polja zemlje. . In če začnete premikati naelektreno telo blizu puščice, se bo okoli telesa pojavil MP. Posledično postane jasno, da MF nastane le, ko se določen naboj premakne.
• Magnetno polje lahko vpliva in vpliva na električni tok. Zaznamo ga lahko s spremljanjem gibanja nabitih elektronov. V magnetnem polju se bodo delci z nabojem odklonili, prevodniki, po katerih teče tok, se bodo premikali. Okvir s priključenim električnim tokom se bo začel vrteti, magnetizirani materiali pa se bodo premaknili za določeno razdaljo. Igla kompasa je največkrat barvna Modra barva. To je trak iz magnetiziranega jekla. Kompas vedno kaže proti severu, saj ima Zemlja magnetno polje. Ves planet je kot velik magnet s svojimi poli.

Magnetno polje ni zaznano človeški organi, snemajo pa jih lahko le s posebnimi napravami in senzorji. Na voljo je v spremenljivih in trajnih vrstah. Izmenično polje običajno ustvarijo posebni induktorji, ki delujejo na izmenični tok. Konstantno polje tvori konstantno električno polje.

Pravila

Razmislimo o osnovnih pravilih za prikaz magnetnega polja za različne prevodnike.

Gimletovo pravilo

Črta sile je upodobljena v ravnini, ki leži pod kotom 90 0 na pot toka toka, tako da je v vsaki točki sila usmerjena tangencialno na črto.

Za določitev smeri magnetnih sil se morate spomniti pravila gimleta z desnim navojem.

Gimlet mora biti nameščen vzdolž iste osi s trenutnim vektorjem, ročaj mora biti zasukan tako, da se gimlet premika v smeri svoje smeri. V tem primeru se usmeritev črt določi z vrtenjem ročaja gimlet.

Ring gimlet pravilo

Prenosno gibanje gimleta v prevodniku, izdelanem v obliki obroča, kaže, kako je usmerjena indukcija; vrtenje sovpada s tokom toka.

Silnice se nadaljujejo znotraj magneta in ne morejo biti odprte.

Magnetno polje različnih virov se med seboj sešteva. Pri tem ustvarjajo skupno polje.

Magneti z enakimi poli se odbijajo, magneti z različnimi poli pa privlačijo. Vrednost moči interakcije je odvisna od razdalje med njima. Ko se pola približata, se sila poveča.

Parametri magnetnega polja

• pretočna sklopka ( Ψ ).
• Vektor magnetne indukcije ( IN).
• Magnetni pretok ( F).

Intenzivnost magnetnega polja se izračuna z velikostjo vektorja magnetne indukcije, ki je odvisna od sile F in jo tvori tok I vzdolž prevodnika z dolžino l: B = F / (I * l).

Magnetna indukcija se meri v teslah (T) v čast znanstveniku, ki je preučeval pojave magnetizma in delal na njihovih računskih metodah. 1 T je enak sili indukcije magnetnega pretoka 1 N na dolgo 1m ravni vodnik pod kotom 90 0 v smeri polja, s tekočim tokom enega ampera:

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

Pravilo leve roke

Pravilo najde smer vektorja magnetne indukcije.

Če dlan leve roke postavimo v polje tako, da silnice magnetnega polja vstopijo v dlan s severnega pola pri 90 0, in 4 prste postavimo vzdolž toka, palec bo pokazal smer magnetne sile.

Če je vodnik pod drugačnim kotom, bo sila neposredno odvisna od toka in projekcije prevodnika na ravnino pod pravim kotom.

Sila ni odvisna od vrste materiala prevodnika in njegovega preseka. Če ni prevodnika in se naboji premikajo v drugem mediju, se sila ne bo spremenila.

Ko je vektor magnetnega polja usmerjen v eno smer ene magnitude, se polje imenuje enakomerno. Različna okolja vplivajo na velikost indukcijskega vektorja.

Magnetni tok

Magnetna indukcija, ki poteka skozi določeno območje S in je omejena s tem območjem, je magnetni tok.

Če je območje nagnjeno pod določenim kotom α glede na indukcijsko črto, se magnetni pretok zmanjša za velikost kosinusa tega kota. Njegova največja vrednost se oblikuje, ko je območje pravokotno na magnetno indukcijo:

F = B * S.

Magnetni pretok se meri v enoti, kot je npr "weber", ki je enak toku indukcije magnitude 1 T po območju v 1 m2.

Pretočna povezava

Ta koncept se uporablja za ustvarjanje splošni pomen magnetni tok, ki ga ustvari določeno število prevodnikov, ki se nahajajo med magnetnima poloma.

V primeru enakega toka jaz teče skozi navitje s številom ovojev n, je skupni magnetni pretok, ki ga tvorijo vsi ovoji, vezni tok.

Pretočna povezava Ψ merjeno v Weberjih in je enako: Ψ = n * Ф.

Magnetne lastnosti

Magnetna prepustnost določa, koliko je magnetno polje v določenem mediju manjše ali večje od indukcije polja v vakuumu. Snov se imenuje magnetizirana, če proizvaja lastno magnetno polje. Ko snov postavimo v magnetno polje, se namagneti.

Znanstveniki so ugotovili, zakaj telesa pridobijo magnetne lastnosti. Po hipotezah znanstvenikov so v notranjosti snovi električni tokovi mikroskopska velikost. Elektron ima svoj magnetni moment, ki je kvantne narave in se giblje po določeni orbiti v atomih. Prav ti majhni tokovi določajo magnetne lastnosti.

Če se tokovi gibljejo naključno, se magnetna polja, ki jih povzročajo, samokompenzirajo. Zunanje polje naredi tokove urejene, zato nastane magnetno polje. To je magnetizacija snovi.

Različne snovi lahko razdelimo glede na lastnosti njihove interakcije z magnetnimi polji.

Razdeljeni so v skupine:

Paramagneti– snovi, ki imajo lastnosti magnetizacije v smeri zunanjega polja in imajo nizek potencial magnetizma. Imajo pozitivno poljsko jakost. Takšne snovi vključujejo železov klorid, mangan, platino itd.
Ferimagneti– snovi z magnetnimi momenti neuravnotežene smeri in vrednosti. Zanje je značilna prisotnost nekompenziranega antiferomagnetizma. Poljska jakost in temperatura vplivata na njihovo magnetno občutljivost (razni oksidi).
Feromagneti– snovi s povečano pozitivno občutljivostjo, odvisno od napetosti in temperature (kristali kobalta, niklja itd.).
Diamagneti– imajo lastnost magnetizacije v nasprotni smeri zunanjega polja, tj. negativen pomen magnetna občutljivost, neodvisna od napetosti. V odsotnosti polja ta snov ne bo imela magnetnih lastnosti. Te snovi vključujejo: srebro, bizmut, dušik, cink, vodik in druge snovi.
Antiferomagneti – imajo uravnotežen magnetni moment, kar ima za posledico nizko stopnjo magnetizacije snovi. Pri segrevanju pride do faznega prehoda snovi, med katerim se pojavijo paramagnetne lastnosti. Ko temperatura pade pod določeno mejo, se takšne lastnosti ne bodo pojavile (krom, mangan).

Obravnavani magneti so razvrščeni še v dve kategoriji:

Mehki magnetni materiali . Imajo nizko prisilno moč. V magnetnih poljih majhne moči lahko postanejo nasičene. Med postopkom obračanja magnetizacije doživljajo manjše izgube. Posledično se takšni materiali uporabljajo za izdelavo jeder električnih naprav, ki delujejo na izmenično napetost (, generator,).
Trdo magnetno materialov. Imajo povečano prisilno silo. Za ponovno namagnetenje je potrebno močno magnetno polje. Takšni materiali se uporabljajo pri izdelavi trajnih magnetov.

Magnetne lastnosti različnih snovi se uporabljajo v inženirskih projektih in izumih.

Magnetna vezja

Kombinacijo več magnetnih snovi imenujemo magnetno vezje. So podobni in jih določajo podobni zakoni matematike.

Na podlagi magnetnih vezij delujejo električne naprave, induktivnosti itd. V delujočem elektromagnetu teče tok skozi magnetno vezje iz feromagnetnega materiala in zraka, ki ni feromagneten. Kombinacija teh komponent je magnetno vezje. Številne električne naprave vsebujejo v svoji zasnovi magnetna vezja.

> Magnetne silnice

Kako določiti magnetne silnice: diagram jakosti in smeri magnetnih silnic, s pomočjo kompasa določanje magnetnih polov, risanje.

Linije magnetnega polja Uporabno za vizualni prikaz moči in smeri magnetnega polja.

Učni cilj

• Povežite jakosti magnetnega polja z gostoto silnic magnetnega polja.

Glavne točke

• Smer magnetnega polja prikazuje igle kompasa, ki se dotikajo črt magnetnega polja na kateri koli določeni točki.
• Moč B-polja je obratno sorazmerna z razdaljo med črtami. Prav tako je natančno sorazmeren s številom črt na enoto površine. Ena črta nikoli ne prečka druge.
• Magnetno polje je edinstveno na vsaki točki v vesolju.
• Linije niso prekinjene in ustvarjajo zaprte zanke.
• Črte se raztezajo od severnega do južnega pola.

Pogoji

• Magnetne silnice so grafični prikaz velikosti in smeri magnetnega polja.
• B-polje je sinonim za magnetno polje.

Linije magnetnega polja

Pravijo, da je Albert Einstein kot otrok rad gledal v kompas in razmišljal o tem, kako igla zazna silo brez neposrednega fizičnega stika. Globoko razmišljanje in resno zanimanje sta privedla do tega, da je otrok odrasel in ustvaril svojo revolucionarno teorijo relativnosti.

Ker magnetne sile vplivajo na razdalje, izračunamo magnetna polja, ki predstavljajo te sile. Črtna grafika je uporabna za vizualizacijo moči in smeri magnetnega polja. Raztegnjenost črt označuje severno orientacijo igle kompasa. Magnetno se imenuje B-polje.

(a) – Če za primerjavo magnetnega polja okoli paličastega magneta uporabimo majhen kompas, bo pokazal pravilno smer od severnega proti južnemu polu. (b) – Dodajanje puščic ustvari neprekinjene magnetne silnice. Moč je sorazmerna z bližino linij. (c) – Če lahko pregledate notranjost magneta, bodo črte videti kot zaprte zanke

Nič ni težko primerjati magnetnega polja predmeta. Najprej izračunajte moč in smer magnetnega polja na več mestih. Te točke označite z vektorji, ki kažejo v smeri lokalnega magnetnega polja z velikostjo, ki je sorazmerna z njegovo jakostjo. Puščice lahko kombinirate, da oblikujete črte magnetnega polja. Smer na kateri koli točki bo vzporedna s smerjo najbližjih silnic polja, lokalna gostota pa je lahko sorazmerna z jakostjo.

Črte magnetnega polja spominjajo na konturne črte topografske karte, ker kažejo nekaj kontinuiranega. Številne zakone magnetizma je mogoče oblikovati z uporabo preprostih pojmov, kot je število silnic polja skozi površino.

Smer magnetnih silnic, ki jo predstavlja poravnava železnih opilkov na papirju, nameščenem nad paličnim magnetom

Na prikaz črt vplivajo različni pojavi. Na primer, železni opilki na magnetni silnici ustvarjajo črte, ki ustrezajo magnetnim. Vizualno so prikazani tudi v aurorah.

Majhen kompas, poslan v polje, se bo poravnal vzporedno s poljsko črto, s severnim polom, ki kaže E.

Za prikaz polj lahko uporabite miniaturne kompase. (a) – Magnetno polje krožne tokovne zanke je podobno magnetnemu polju. (b) – Dolga in ravna žica tvori polje z magnetnimi silnicami, ki ustvarjajo krožne zanke. (c) – Ko je žica v ravnini papirja, polje štrli pravokotno na papir. Upoštevajte, kateri simboli so uporabljeni za polje, ki kaže navznoter in navzven

Podrobna študija magnetnih polj je pomagala izpeljati številna pomembna pravila:

• Smer magnetnega polja se dotika poljske črte v kateri koli točki prostora.
• Moč polja je sorazmerna z bližino črte. Prav tako je natančno sorazmeren s številom črt na enoto površine.
• Magnetne silnice nikoli ne trčijo, kar pomeni, da bo na kateri koli točki v prostoru magnetno polje edinstveno.
• Črte ostanejo neprekinjene in potekajo od severnega do južnega pola.

Zadnje pravilo temelji na dejstvu, da polov ni mogoče ločiti. In se razlikuje od črt električno polje, v kateri sta konec in začetek označena s pozitivnimi in negativnimi naboji.