Magnetinis laukas. Magnetinio lauko teorija ir įdomūs faktai apie žemės magnetinį lauką

Norint suprasti, kas yra magnetinio lauko charakteristika, reikia apibrėžti daugybę reiškinių. Tuo pačiu metu turite iš anksto prisiminti, kaip ir kodėl jis pasirodo. Sužinokite, koks yra magnetinio lauko stiprumas. Svarbu, kad toks laukas gali atsirasti ne tik magnetuose. Šiuo atžvilgiu nepakenktų paminėti žemės magnetinio lauko charakteristikas.

Lauko atsiradimas

Pirmiausia turime apibūdinti lauko atsiradimą. Tada galite apibūdinti magnetinį lauką ir jo charakteristikas. Jis atsiranda įkrautų dalelių judėjimo metu. Gali turėti įtakos ypač įtampingiems laidininkams. Magnetinio lauko ir judančių krūvių arba laidininkų, kuriais teka srovė, sąveika atsiranda dėl jėgų, vadinamų elektromagnetinėmis.

Magnetinio lauko charakteristika arba stiprumas tam tikrame erdviniame taške nustatomas naudojant magnetinę indukciją. Pastarasis žymimas simboliu B.

Grafinis lauko vaizdavimas

Magnetinį lauką ir jo charakteristikas galima pavaizduoti grafine forma, naudojant indukcijos linijas. Šis apibrėžimas reiškia linijas, kurių liestinės bet kuriame taške sutaps su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi.

Šios linijos yra įtrauktos į magnetinio lauko charakteristikas ir yra naudojamos jo krypčiai bei intensyvumui nustatyti. Kuo didesnis magnetinio lauko intensyvumas, tuo daugiau šių linijų bus nubrėžta.

Kas yra magnetinės linijos

Magnetinės linijos tiesiuose srovėlaidžiuose turi koncentrinio apskritimo formą, kurio centras yra nurodyto laidininko ašyje. Magnetinių linijų kryptis šalia srovę nešančių laidininkų nustatoma pagal įstrižainės taisyklę, kuri skamba taip: jei antgalis yra taip, kad jis būtų įsuktas į laidininką srovės kryptimi, tada rankenos sukimosi kryptis. atitinka magnetinių linijų kryptį.

Ritėje su srove magnetinio lauko kryptis taip pat bus nustatoma pagal gimleto taisyklę. Taip pat reikia pasukti rankeną srovės kryptimi solenoido posūkiuose. Magnetinės indukcijos linijų kryptis atitiks gimleto transliacinio judėjimo kryptį.

Tai yra pagrindinė magnetinio lauko savybė.

Sukurtas vienos srovės, vienodomis sąlygomis, laukas skirtingose ​​terpėse skirsis intensyvumu dėl skirtingų šių medžiagų magnetinių savybių. Terpės magnetinėms savybėms būdingas absoliutus magnetinis pralaidumas. Jis matuojamas henriais vienam metrui (g/m).

Magnetinio lauko charakteristikos apima absoliučią magnetinę vakuumo laidumą, vadinamą magnetine konstanta. Reikšmė, kuri nustato, kiek kartų absoliuti terpės magnetinė skvarba skirsis nuo konstantos, vadinama santykiniu magnetiniu pralaidumu.

Medžiagų magnetinis pralaidumas

Tai yra bematis dydis. Medžiagos, kurių pralaidumo vertė mažesnė nei viena, vadinamos diamagnetinėmis. Šiose medžiagose laukas bus silpnesnis nei vakuume. Šių savybių turi vandenilis, vanduo, kvarcas, sidabras ir kt.

Terpės, kurių magnetinis pralaidumas viršija vienetą, vadinamos paramagnetinėmis. Šiose medžiagose laukas bus stipresnis nei vakuume. Ši aplinka ir medžiagos apima orą, aliuminį, deguonį ir platiną.

Paramagnetinių ir diamagnetinių medžiagų atveju magnetinio pralaidumo reikšmė nepriklausys nuo išorinio, įmagnetinančio lauko įtampos. Tai reiškia, kad tam tikros medžiagos kiekis yra pastovus.

Į specialią grupę įeina feromagnetai. Šių medžiagų magnetinis pralaidumas sieks kelis tūkstančius ar daugiau. Šios medžiagos, kurios turi savybę būti įmagnetintos ir sustiprinti magnetinį lauką, plačiai naudojamos elektrotechnikoje.

Lauko stiprumas

Norint nustatyti magnetinio lauko charakteristikas, kartu su magnetinės indukcijos vektoriumi galima naudoti vertę, vadinamą magnetinio lauko stiprumu. Šis terminas lemia išorinio magnetinio lauko intensyvumą. Magnetinio lauko kryptis terpėje su identiškomis savybėmis visomis kryptimis, intensyvumo vektorius sutaps su magnetinės indukcijos vektoriumi lauko taške.

Feromagnetų stiprumas paaiškinamas tuo, kad juose yra savavališkai įmagnetintų mažų dalių, kurios gali būti pavaizduotos mažų magnetų pavidalu.

Jei nėra magnetinio lauko, feromagnetinė medžiaga gali neturėti ryškių magnetinių savybių, nes domenų laukai įgauna skirtingą orientaciją, o jų bendras magnetinis laukas yra lygus nuliui.

Pagal pagrindinę magnetinio lauko charakteristiką, jei feromagnetas dedamas į išorinį magnetinį lauką, pavyzdžiui, į ritę su srove, tai veikiant išoriniam laukui domenai pasisuks išorinio lauko kryptimi. Be to, padidės magnetinis laukas prie ritės, o magnetinė indukcija padidės. Jei išorinis laukas pakankamai silpnas, tuomet apsivers tik dalis visų sričių, kurių magnetiniai laukai yra artimi išorinio lauko krypčiai. Didėjant išorinio lauko stiprumui, padidės pasuktų domenų skaičius, o esant tam tikrai išorinio lauko įtampos vertei, beveik visos dalys bus pasuktos taip, kad magnetiniai laukai išsidėstę išorinio lauko kryptimi. Ši būsena vadinama magnetiniu prisotinimu.

Ryšys tarp magnetinės indukcijos ir įtampos

Ryšys tarp feromagnetinės medžiagos magnetinės indukcijos ir išorinio lauko stiprumo gali būti pavaizduotas naudojant grafiką, vadinamą įmagnetinimo kreive. Kreivės grafiko lenkimo taške magnetinės indukcijos didėjimo greitis mažėja. Po lenkimo, kai įtempimas pasiekia tam tikrą vertę, atsiranda sodrumas, o kreivė šiek tiek pakyla, palaipsniui įgaudama tiesios linijos formą. Šioje srityje indukcija vis dar auga, bet gana lėtai ir tik dėl išorinio lauko stiprumo padidėjimo.

Indikatoriaus duomenų grafinė priklausomybė nėra tiesioginė, vadinasi, jų santykis nėra pastovus, o medžiagos magnetinis pralaidumas nėra pastovus rodiklis, o priklauso nuo išorinio lauko.

Medžiagų magnetinių savybių pokyčiai

Kai srovės stipris padidinamas iki visiško prisotinimo ritėje su feromagnetine šerdimi, o vėliau sumažinamas, įmagnetinimo kreivė nesutaps su išmagnetinimo kreive. Esant nuliniam intensyvumui, magnetinė indukcija neturės tokios pačios vertės, bet įgis tam tikrą indikatorių, vadinamą likutine magnetine indukcija. Situacija, kai magnetinė indukcija atsilieka nuo įmagnetinimo jėgos, vadinama histereze.

Norint visiškai išmagnetinti ritės feromagnetinę šerdį, reikia duoti atvirkštinę srovę, kuri sukurs reikiamą įtampą. Skirtingoms feromagnetinėms medžiagoms reikia skirtingo ilgio gabalo. Kuo jis didesnis, tuo didesnis energijos kiekis reikalingas išmagnetinimui. Vertė, kuriai esant įvyksta visiškas medžiagos išmagnetinimas, vadinama priverstine jėga.

Toliau didėjant srovei ritėje, indukcija vėl padidės iki prisotinimo, tačiau esant kitai magnetinių linijų krypčiai. Išmagnetinant priešinga kryptimi, gaunama liekamoji indukcija. Liekamojo magnetizmo reiškinys naudojamas nuolatiniams magnetams sukurti iš medžiagų, turinčių didelį liekamojo magnetizmo indeksą. Elektrinių mašinų ir prietaisų šerdys sukuriamos iš medžiagų, kurios turi galimybę pakartotinai įmagnetinti.

Kairiosios rankos taisyklė

Jėga, veikianti srovę nešantį laidininką, turi kryptį, kurią nustato kairiosios rankos taisykle: kai nekaltos rankos delnas yra taip, kad į jį patenka magnetinės linijos, o keturi pirštai ištiesti srovės kryptimi. laidininke sulenktas nykštys parodys jėgos kryptį. Ši jėga yra statmena indukcijos vektoriui ir srovei.

Srovę nešantis laidininkas, judantis magnetiniame lauke, laikomas elektros variklio prototipu, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija.

Dešinės rankos taisyklė

Kai laidininkas juda magnetiniame lauke, jame indukuojama elektrovaros jėga, kurios vertė yra proporcinga magnetinei indukcijai, dalyvaujančio laidininko ilgiui ir jo judėjimo greičiui. Ši priklausomybė vadinama elektromagnetine indukcija. Nustatant laidininko sukeltos EML kryptį, naudojama dešinės rankos taisyklė: kai dešinė ranka yra taip pat, kaip pavyzdyje su kaire, magnetinės linijos patenka į delną, o nykštis rodo. laidininko judėjimo kryptis, ištiesti pirštai parodys sukeliamo EML kryptį. Laidininkas, judantis magnetiniu srautu, veikiamas išorinės mechaninės jėgos, yra paprasčiausias elektros generatoriaus pavyzdys, kuriame mechaninė energija paverčiama elektros energija.

Jis gali būti suformuluotas skirtingai: uždaroje kilpoje sukeliamas EML; bet kokiems magnetinio srauto pokyčiams, kuriuos apima ši kilpa, EML kilpoje yra skaitine prasme lygus magnetinio srauto, apimančio šią kilpą, kitimo greičiui.

Šioje formoje pateikiamas vidutinis EML indikatorius ir nurodoma EML priklausomybė ne nuo magnetinio srauto, o nuo jo kitimo greičio.

Lenco dėsnis

Taip pat reikia atsiminti Lenco dėsnį: srovė, indukuojama, kai keičiasi grandinėje einantis magnetinis laukas, jos magnetinis laukas neleidžia šiam pokyčiui. Jei į ritės posūkius prasiskverbia įvairaus dydžio magnetiniai srautai, tai visoje ritėje sukeltas EML yra lygus EDE sumai skirtinguose posūkiuose. Skirtingų ritės posūkių magnetinių srautų suma vadinama srauto jungtimi. Šio dydžio, kaip ir magnetinio srauto, matavimo vienetas yra Weberis.

Keičiantis elektros srovei grandinėje, keičiasi ir jos sukuriamas magnetinis srautas. Šiuo atveju pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį laidininko viduje indukuojamas emf. Tai atsiranda dėl srovės pasikeitimo laidininke, todėl šis reiškinys vadinamas saviindukcija, o laidininke sukeltas EMF vadinamas saviindukcine EMF.

Srauto jungtis ir magnetinis srautas priklauso ne tik nuo srovės stiprumo, bet ir nuo konkretaus laidininko dydžio ir formos bei supančios medžiagos magnetinio pralaidumo.

Laidininko induktyvumas

Proporcingumo koeficientas vadinamas laidininko induktyvumu. Tai reiškia laidininko gebėjimą sukurti srauto jungtį, kai per jį praeina elektra. Tai vienas iš pagrindinių elektros grandinių parametrų. Tam tikroms grandinėms induktyvumas yra pastovi vertė. Tai priklausys nuo grandinės dydžio, jos konfigūracijos ir terpės magnetinio pralaidumo. Šiuo atveju srovės stiprumas grandinėje ir magnetinis srautas nebus svarbūs.

Pirmiau pateikti apibrėžimai ir reiškiniai paaiškina, kas yra magnetinis laukas. Taip pat pateikiamos pagrindinės magnetinio lauko charakteristikos, kurių pagalba galima apibrėžti šį reiškinį.

Magnetinis laukas ir jo charakteristikos. Kai elektros srovė praeina per laidininką, a magnetinis laukas. Magnetinis laukas atstovauja vieną iš materijos rūšių. Ji turi energiją, kuri pasireiškia elektromagnetinių jėgų, veikiančių atskirus judančius elektros krūvius (elektronus ir jonus) ir jų srautus, t.y. elektros srovę, pavidalu. Veikiamos elektromagnetinių jėgų, judančios įkrautos dalelės nukrypsta nuo pradinio kelio laukui statmena kryptimi (34 pav.). Susidaro magnetinis laukas tik aplink judančius elektros krūvius, o jo veikimas taip pat apima tik judančius krūvius. Magnetiniai ir elektriniai laukai neatskiriami ir kartu sudaro vientisą elektromagnetinis laukas. Bet koks pakeitimas elektrinis laukas veda prie magnetinio lauko atsiradimo ir, atvirkščiai, bet koks magnetinio lauko pasikeitimas yra lydimas elektrinio lauko atsiradimo. Elektromagnetinis laukas sklinda šviesos greičiu, t.y 300 000 km/s.

Grafinis magnetinio lauko vaizdas. Grafiškai magnetinis laukas vaizduojamas magnetinėmis jėgos linijomis, kurios nubrėžtos taip, kad kiekviename lauko taške lauko linijos kryptis sutampa su lauko jėgų kryptimi; magnetinio lauko linijos visada yra ištisinės ir uždaros. Magnetinio lauko kryptį kiekviename taške galima nustatyti naudojant magnetinę adatą. Rodyklės šiaurinis ašigalis visada nustatytas lauko jėgų kryptimi. Nuolatinio magneto galas, iš kurio atsiranda lauko linijos (35 pav., a), laikomas šiaurės ašigaliu, o priešingas galas, į kurį įeina lauko linijos, yra pietinis polius (lauko linijos, einančios lauko linijos viduje). magnetas nerodomas). Lauko linijų pasiskirstymą tarp plokščiojo magneto polių galima nustatyti naudojant plienines drožles, užbarstytas ant polių uždėto popieriaus lapo (35 pav., b). Magnetiniam laukui oro tarpe tarp dviejų lygiagrečių nuolatinio magneto priešingų polių būdingas tolygus magnetinių jėgos linijų pasiskirstymas (36 pav.) (magneto viduje einančios lauko linijos nerodomos).

Ryžiai. 37. Magnetinis srautas, prasiskverbiantis į ritę, kai jos padėtys yra statmenos (a) ir pasvirusios (b) magnetinių jėgos linijų krypties atžvilgiu.

Norint vizualiai pavaizduoti magnetinį lauką, lauko linijos dedamos rečiau arba tankesnės. Tose vietose, kur magnetinis laukas stipresnis, lauko linijos išsidėsčiusios arčiau viena kitos, o kur silpnesnis – toliau viena nuo kitos. Jėgos linijos niekur nesikerta.

Daugeliu atvejų magnetines jėgos linijas patogu laikyti tam tikrais ištemptais siūlais, kurie linkę susitraukti ir taip pat atstumti vienas kitą (turi abipusę šoninę trauką). Ši mechaninė jėgos linijų samprata leidžia aiškiai paaiškinti elektromagnetinių jėgų atsiradimą sąveikaujant magnetiniam laukui ir laidininkui su srove, taip pat dviem magnetiniams laukams.

Pagrindinės magnetinio lauko charakteristikos yra magnetinė indukcija, magnetinis srautas, magnetinis pralaidumas ir magnetinio lauko stiprumas.

Magnetinė indukcija ir magnetinis srautas. Magnetinio lauko intensyvumą, ty jo gebėjimą atlikti darbą, lemia dydis, vadinamas magnetine indukcija. Kuo stipresnis nuolatinio magneto arba elektromagneto sukuriamas magnetinis laukas, tuo didesnė jo indukcija. Magnetinę indukciją B galima apibūdinti magnetinio lauko linijų tankiu, ty lauko linijų, einančių per 1 m 2 arba 1 cm 2 plotą, esantį statmenai magnetiniam laukui, skaičiumi. Yra vienalyčių ir nehomogeninių magnetinių laukų. Vienodame magnetiniame lauke magnetinė indukcija kiekviename lauko taške turi tą pačią reikšmę ir kryptį. Lauką oro tarpe tarp priešingų magneto arba elektromagneto polių (žr. 36 pav.) galima laikyti vienalyčiu tam tikru atstumu nuo jo kraštų. Magnetinis srautas Ф, einantis per bet kurį paviršių, nustatomas pagal bendrą magnetinių jėgos linijų, prasiskverbiančių į šį paviršių, skaičių, pavyzdžiui, ritė 1 (37 pav., a), todėl vienodame magnetiniame lauke

F = BS (40)

kur S yra paviršiaus, per kurį eina magnetinio lauko linijos, skerspjūvio plotas. Iš to išplaukia, kad tokiame lauke magnetinė indukcija yra lygi srautui, padalytam iš skerspjūvio ploto S:

B = F/S (41)

Jei kuris nors paviršius yra įstrižai magnetinio lauko linijų krypčiai (37 pav., b), tai į jį prasiskverbiantis srautas bus mažesnis nei statmenai jo padėčiai, t.y. Ф 2 bus mažesnis už Ф 1 .

SI vienetų sistemoje magnetinis srautas matuojamas weberiais (Wb), šio vieneto matmuo V*s (voltas-sekundė). Magnetinė indukcija SI vienetais matuojama teslomis (T); 1 T = 1 Wb/m2.

Magnetinis pralaidumas. Magnetinė indukcija priklauso ne tik nuo srovės, einančios per tiesų laidininką ar ritę, stiprumo, bet ir nuo terpės, kurioje sukuriamas magnetinis laukas, savybių. Kiekis, apibūdinantis terpės magnetines savybes, yra absoliutus magnetinis pralaidumas? A. Jo matavimo vienetas yra henris vienam metrui (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
Didesnio magnetinio pralaidumo terpėje tam tikro stiprumo elektros srovė sukuria magnetinį lauką su didesne indukcija. Nustatyta, kad oro ir visų medžiagų, išskyrus feromagnetines medžiagas, magnetinė skvarba (žr. § 18) yra maždaug tokia pati, kaip ir vakuumo magnetinė skvarba. Absoliutus vakuumo magnetinis pralaidumas vadinamas magnetine konstanta, ? o = 4*10 -7 H/m. Feromagnetinių medžiagų magnetinis pralaidumas yra tūkstančius ir net dešimtis tūkstančių kartų didesnis už neferomagnetinių medžiagų magnetinį laidumą. Magnetinio pralaidumo santykis? ir kokia nors medžiaga į vakuumo magnetinį pralaidumą? o vadinamas santykiniu magnetiniu pralaidumu:

? = ? A /? O (42)

Magnetinio lauko stiprumas. Intensyvumas Ir nepriklauso nuo terpės magnetinių savybių, bet atsižvelgia į srovės stiprumo ir laidininkų formos įtaką magnetinio lauko intensyvumui tam tikrame erdvės taške. Magnetinė indukcija ir įtampa yra susijusios ryšiu

H = B/? a = B/(?? o) (43)

Vadinasi, terpėje, kurios magnetinis pralaidumas yra pastovus, magnetinio lauko indukcija yra proporcinga jos stiprumui.
Magnetinio lauko stiprumas matuojamas amperais metre (A/m) arba amperais centimetre (A/cm).

Praėjusiame amžiuje įvairūs mokslininkai pateikė keletą prielaidų apie Žemės magnetinį lauką. Pagal vieną iš jų laukas atsiranda dėl planetos sukimosi aplink savo ašį.

Jis pagrįstas keistu Barneto-Einšteino efektu, ty kai bet kuris kūnas sukasi, atsiranda magnetinis laukas. Šio efekto atomai turi savo magnetinį momentą, kai jie sukasi aplink savo ašį. Taip atsiranda Žemės magnetinis laukas. Tačiau ši hipotezė neatlaikė eksperimentinių bandymų. Paaiškėjo, kad tokiu nebanaliu būdu gautas magnetinis laukas kelis milijonus kartų silpnesnis už tikrąjį.

Kita hipotezė pagrįsta magnetinio lauko atsiradimu dėl įkrautų dalelių (elektronų) žiedinio judėjimo planetos paviršiuje. Ji taip pat pasirodė esanti nemoki. Elektronų judėjimas gali sukelti labai silpno lauko atsiradimą, ir ši hipotezė nepaaiškina Žemės magnetinio lauko inversijos. Yra žinoma, kad šiaurinis magnetinis polius nesutampa su šiauriniu geografiniu ašigaliu.

Saulės vėjo ir mantijos srovės

Žemės ir kitų Saulės sistemos planetų magnetinio lauko susidarymo mechanizmas nėra iki galo ištirtas ir vis dar lieka paslaptimi mokslininkams. Tačiau viena pasiūlyta hipotezė gana gerai paaiškina tikrosios lauko indukcijos inversiją ir dydį. Jis pagrįstas vidinių Žemės srovių ir saulės vėjo darbu.

Žemės vidinės srovės teka mantijoje, kurią sudaro labai gero laidumo medžiagos. Srovės šaltinis yra šerdis. Energija iš šerdies į žemės paviršių perduodama konvekcijos būdu. Taigi mantijoje vyksta nuolatinis materijos judėjimas, kuris pagal gerai žinomą įkrautų dalelių judėjimo dėsnį suformuoja magnetinį lauką. Jei jo atsiradimą sietume tik su vidinėmis srovėmis, išeitų, kad visos planetos, kurių sukimosi kryptis sutampa su Žemės sukimosi kryptimi, turėtų turėti identišką magnetinį lauką. Tačiau taip nėra. Jupiterio šiaurinis geografinis polius sutampa su šiauriniu magnetiniu poliumi.

Formuojant Žemės magnetinį lauką dalyvauja ne tik vidinės srovės. Jau seniai žinoma, kad jis reaguoja į saulės vėją – didelės energijos dalelių srautą, kylantį iš Saulės dėl jos paviršiuje vykstančių reakcijų.

Saulės vėjas pagal savo prigimtį yra elektros srovė (įkrautų dalelių judėjimas). Nešamas Žemės sukimosi, jis sukuria apskritą srovę, dėl kurios atsiranda Žemės magnetinis laukas.

Kaip stacionarus elektros krūvis veikia kitą krūvį per elektrinį lauką, elektros srovė veikia kitą srovę magnetinis laukas. Magnetinio lauko poveikis nuolatiniams magnetams sumažinamas iki jo poveikio krūviams, judantiems medžiagos atomuose ir sukuriantiems mikroskopines apskritas sroves.

Doktrina apie elektromagnetizmas remiantis dviem nuostatomis:

• magnetinis laukas veikia judančius krūvius ir sroves;
• aplink sroves ir judančius krūvius susidaro magnetinis laukas.

Magnetų sąveika

Nuolatinis magnetas(arba magnetinė adata) yra orientuota išilgai Žemės magnetinio dienovidinio. Galas, nukreiptas į šiaurę, vadinamas Šiaurės ašigalis(N), o priešingas galas yra Pietų ašigalis(S). Priartindami du magnetus vienas prie kito, pastebime, kad jų panašūs poliai atstumia, o nepanašūs poliai traukia ( ryžių. 1 ).

Jei atskirsime polius perpjaunant nuolatinį magnetą į dvi dalis, pamatysime, kad kiekvienas iš jų taip pat turės du poliai, ty bus nuolatinis magnetas ( ryžių. 2 ). Abu poliai – šiaurės ir pietų – yra neatskiriami vienas nuo kito ir turi lygias teises.

Žemės arba nuolatinių magnetų sukurtas magnetinis laukas, kaip ir elektrinis laukas, vaizduojamas magnetinėmis jėgos linijomis. Magneto magnetinio lauko linijų vaizdą galima gauti uždėjus ant jo popieriaus lapą, ant kurio lygiu sluoksniu pabarstomos geležies drožlės. Veikiamos magnetinio lauko, pjuvenos įmagnetina – kiekvienas jų turi šiaurinį ir pietinį polius. Priešingi poliai linkę priartėti vienas prie kito, tačiau tai neleidžia pjuvenų trintis ant popieriaus. Jei bakstelėsite popierių pirštu, trintis sumažės, o drožlės pritrauks viena kitą, sudarydamos grandines, vaizduojančias magnetinio lauko linijas.

Įjungta ryžių. 3 rodo pjuvenų ir mažų magnetinių rodyklių išsidėstymą tiesioginio magneto lauke, nurodančių magnetinio lauko linijų kryptį. Ši kryptis laikoma magnetinės adatos šiaurinio poliaus kryptimi.

Oerstedo patirtis. Srovės magnetinis laukas

pradžioje – XIX a. danų mokslininkas Ørsted atradęs padarė svarbų atradimą elektros srovės poveikis nuolatiniams magnetams . Jis padėjo ilgą laidą prie magnetinės adatos. Kai srovė buvo praleista per laidą, rodyklė sukasi, bandydama išsidėstyti jai statmenai ( ryžių. 4 ). Tai galima paaiškinti magnetinio lauko atsiradimu aplink laidininką.

Magnetinio lauko linijos, kurias sukuria tiesus laidininkas, nešantis srovę, yra koncentriniai apskritimai, esantys jam statmenoje plokštumoje, kurių centrai yra taške, per kurį teka srovė ( ryžių. 5 ). Linijų kryptis nustatoma pagal dešiniojo varžto taisyklę:

Jei varžtas pasukamas lauko linijų kryptimi, jis judės srovės kryptimi laidininke .

Magnetinio lauko stiprumo charakteristika yra magnetinės indukcijos vektorius B . Kiekviename taške jis nukreiptas tangentiškai į lauko liniją. Elektrinio lauko linijos prasideda nuo teigiamų krūvių, o baigiasi neigiamais, o jėga, veikianti krūvį šiame lauke, kiekviename taške nukreipiama liestinei linijai. Skirtingai nuo elektrinio lauko, magnetinio lauko linijos yra uždaros, o tai yra dėl to, kad gamtoje nėra „magnetinių krūvių“.

Srovės magnetinis laukas iš esmės nesiskiria nuo lauko, kurį sukuria nuolatinis magnetas. Šia prasme plokščiojo magneto analogas yra ilgas solenoidas - vielos ritė, kurios ilgis yra žymiai didesnis už jo skersmenį. Jo sukurto magnetinio lauko linijų schema, parodyta ryžių. 6 , yra panašus į plokščio magneto ( ryžių. 3 ). Apskritimai rodo laido, sudarančio solenoido apviją, skerspjūvius. Srovės, tekančios laidu tolyn nuo stebėtojo, žymimos kryželiais, o priešingos krypties – į stebėtoją – taškais. Tie patys žymėjimai priimami magnetinio lauko linijoms, kai jos yra statmenos piešimo plokštumai ( ryžių. 7 a, b).

Srovės kryptis solenoido apvijoje ir jos viduje esančių magnetinio lauko linijų kryptis taip pat yra susijusios su dešiniojo varžto taisykle, kuri šiuo atveju formuluojama taip:

Jei žiūrite išilgai solenoido ašies, srovė, tekanti pagal laikrodžio rodyklę, sukuria jame magnetinį lauką, kurio kryptis sutampa su dešiniojo varžto judėjimo kryptimi ( ryžių. 8 )

Remiantis šia taisykle, nesunku suprasti, kad solenoidas parodytas ryžių. 6 , Šiaurės ašigalis yra jo dešinysis galas, o pietų ašigalis yra kairysis.

Magnetinis laukas solenoido viduje yra vienodas – magnetinės indukcijos vektorius ten turi pastovią reikšmę (B = const). Šiuo atžvilgiu solenoidas yra panašus į lygiagrečių plokščių kondensatorių, kuriame sukuriamas vienodas elektrinis laukas.

Jėga, veikianti magnetiniame lauke srovę nešantį laidininką

Eksperimentiškai nustatyta, kad magnetiniame lauke srovę nešantį laidininką veikia jėga. Vienodame lauke tiesus l ilgio laidininkas, kuriuo teka srovė I, esantis statmenai lauko vektoriui B, veikia jėgą: F = I l B .

Jėgos kryptis nustatoma kairės rankos taisyklė:

Jei keturi ištiesti kairės rankos pirštai yra nukreipti srovės kryptimi laidininke, o delnas statmenas vektoriui B, tai ištiestas nykštys parodys laidininką veikiančios jėgos kryptį. (ryžių. 9 ).

Pažymėtina, kad jėga, veikianti laidininką, kurio srovė yra magnetiniame lauke, yra nukreipta ne liestiškai į jo jėgos linijas, kaip ir elektros jėga, o statmenai joms. Laidininko, esančio palei jėgos linijas, magnetinė jėga neveikia.

Lygtis F = IlB leidžia pateikti kiekybinę magnetinio lauko indukcijos charakteristiką.

Požiūris nepriklauso nuo laidininko savybių ir charakterizuoja patį magnetinį lauką.

Magnetinės indukcijos vektoriaus B dydis skaitine prasme yra lygus jėgai, veikiančiai statmenai jam esantį vienetinio ilgio laidininką, kuriuo teka vieno ampero srovė.

SI sistemoje magnetinio lauko indukcijos vienetas yra tesla (T):

Magnetinis laukas. Lentelės, diagramos, formulės

(Magnetų sąveika, Oerstedo eksperimentas, magnetinės indukcijos vektorius, vektoriaus kryptis, superpozicijos principas. Grafinis magnetinių laukų vaizdavimas, magnetinės indukcijos linijos. Magnetinis srautas, lauko energijos charakteristika. Magnetinės jėgos, Ampero jėga, Lorenco jėga. Įkrautų dalelių judėjimas magnetiniame lauke. Magnetinės medžiagos savybės, Ampero hipotezė)