Токтың магнит өрісі дегеніміз не. Жердің магнит өрісі қалай пайда болады?

Магниттік өріс- қозғалатын электр зарядтарының айналасында болатын заттың ерекше формасы - токтар.

Магнит өрісінің көздері тұрақты магниттер мен ток өткізгіштер болып табылады. Магнит өрісін магниттік инеге, ток өткізгішке және қозғалатын зарядталған бөлшектерге әсер ету арқылы анықтауға болады.

Магнит өрісін зерттеу үшін тогы бар тұйық жазық контур қолданылады (тогы бар кадр).

Магниттік иненің ток өтетін өткізгіштің жанында айналуын алғаш рет 1820 жылы Эрстед ашты. Ампер ток өтетін өткізгіштердің өзара әрекеттесуін байқады: егер өткізгіштердегі токтар бір бағытта жүрсе, онда өткізгіштер тартылады, егер өткізгіштердегі токтар қарама-қарсы бағытта жүрсе, онда олар тебіледі.

Магнит өрісінің қасиеттері:

• магнит өрісі материал болып табылады;
• көз және өріс көрсеткіші – электр тогы;
• магнит өрісі құйынды – оның күш сызықтары (магниттік индукция сызықтары) тұйық;
• өрістің шамасы өріс көзінен қашықтыққа қарай азаяды.

Маңызды!
Магнит өрісі потенциал емес. Оның тұйық траекториядағы жұмысы нөлге тең болмауы мүмкін.

Магниттік әрекеттесуэлектр тогы өткен кездегі электрлік бейтарап өткізгіштердің тартылуын немесе тебілуін атайды.

Қозғалыстағы электр зарядтарының магниттік әсерлесуі былай түсіндіріледі: әрбір қозғалатын электр заряды кеңістікте қозғалатын зарядталған бөлшектерге әсер ететін магнит өрісін жасайды.

Магнит өрісінің кернеулік сипаттамасы – магниттік индукция векторы​\(\vec(B) \) . Магниттік индукция векторының модулі тогы бар өткізгішке магнит өрісінен әсер ететін күштің максимал мәнінің өткізгіштегі ток күшіне ​\(I \) ​ және оның ұзындығына қатынасына тең ​\( l \) :

Белгіленуі \(\vec(B) \), SI бірлігі - tesla (T).

1 Т – 1 А ток кезінде өткізгіш ұзындығының әрбір метріне 1 Н максималды күш әсер ететін магнит өрісінің индукциясы.

Магниттік индукция векторының бағытымагнит өрісінде еркін орнатылған магниттік иненің оңтүстік полюстен солтүстік полюсіне (магниттік иненің солтүстік полюсімен көрсетілген бағыт) бағытымен сәйкес келеді.

Магниттік индукция векторының бағытын анықтауға болады гимлет ережесі:

егер гимлеттің трансляциялық қозғалысының бағыты өткізгіштегі ток бағытымен сәйкес келсе, онда гимлет тұтқасының айналу бағыты магнит индукциясы векторының бағытымен сәйкес келеді.

Бірнеше өрістердің магниттік индукциясын анықтау үшін ол қолданылады суперпозиция принципі:

Бірнеше көздерден пайда болған өрістің магниттік индукциясы әрбір көзден бөлек жасалған өрістердің магниттік индукциясының векторлық қосындысына тең:

Әрбір нүктедегі магнит индукциясы векторы шамасы мен бағыты бойынша бірдей өріс деп аталады біртекті.

Магнит өрісі магниттік сызықтар немесе магниттік индукция сызықтары түрінде көрнекі түрде бейнеленген. Магниттік индукция сызығыкез келген нүктесінде магниттік индукция векторы оған тангенциалды бағытталған ойша түзу болып табылады.

Магниттік сызықтардың қасиеттері:

• магниттік сызықтар үздіксіз;
• магниттік сызықтар жабық (яғни табиғатта электр зарядтарына ұқсас магниттік зарядтар жоқ);
• магниттік сызықтардың ток бағытына байланысты бағыты бар.

Орналасудың тығыздығы өрістің өлшемін анықтауға мүмкіндік береді: сызықтар неғұрлым тығыз болса, өріс соғұрлым күшті болады.

Тогы біртекті магнит өрісінде орналасқан жалпақ тұйық контурға күш моменті ​\(M\) әсер етеді:

мұндағы ​\(I \) ​ – өткізгіштегі ток күші, ​\(S \) ​ – контурмен жабылған бетінің ауданы, ​\(B \) ​ – магнит индукциясы векторының шамасы, ​\(\альфа \) ​ – контур жазықтығына перпендикуляр мен магнит индукциясы векторының арасындағы бұрыш.

Содан кейін магниттік индукция векторының модулі үшін мына формуланы жазуға болады:

мұндағы күштің максималды моменті ​\(\альфа \) ​ = 90° бұрышына сәйкес келеді.

Бұл жағдайда магниттік индукция сызықтары жақтау жазықтығында жатады және оның тепе-теңдік жағдайы тұрақсыз. Раманың жазықтығы магниттік индукция сызықтарына перпендикуляр болған жағдайда, токпен раманың орны тұрақты болады.

Тұрақты магниттер- бұл ұзақ уақыт бойы магниттелуді сақтайтын, яғни магнит өрісін тудыратын денелер.

Магниттердің негізгі қасиеті - темірден немесе оның қорытпаларынан (мысалы, болаттан) жасалған денелерді тарту. Магниттер табиғи (магнитті темір рудасынан жасалған) немесе жасанды болуы мүмкін, олар магниттелген темір жолақтар болып табылады. Магниттің магниттік қасиеттері ең айқын көрінетін аймақтары полюстер деп аталады. Магниттің екі полюсі бар: солтүстік ​\(N\) ​ және оңтүстік ​\(S \) ​.

Маңызды!
Магниттің сыртында магниттік сызықтар солтүстік полюстен шығып, оңтүстік полюске кіреді.

Магниттің полюстерін ажырату мүмкін емес.

Ампер тұрақты магниттерінде магнит өрісінің болуын түсіндірді. Оның гипотезасы бойынша магнитті құрайтын молекулалардың ішінде элементар электр тогы айналады. Егер бұл токтар белгілі бір жолмен бағытталған болса, онда олардың әрекеттері қосылып, дене магниттік қасиеттерді көрсетеді. Егер бұл токтар кездейсоқ орналасса, онда олардың әрекеті өзара өтеледі және дене магниттік қасиеттерді көрсетпейді.

Магниттер өзара әрекеттеседі: магниттік полюстер сияқты итереді, керісінше тартады.

Тогы бар өткізгіштің магнит өрісі

Тогы бар өткізгіш арқылы өтетін электр тогы оны қоршаған кеңістікте магнит өрісін тудырады. Өткізгіш арқылы өтетін ток неғұрлым көп болса, оның айналасында пайда болатын магнит өрісі соғұрлым күшті болады.

Бұл өрістің магниттік күш сызықтары концентрлік шеңберлерде орналасқан, оның ортасында ток өткізгіш бар.

Тогы бар өткізгіштің айналасындағы магнит өрісінің сызықтарының бағыты әрқашан өткізгіш арқылы өтетін токтың бағытына қатаң сәйкес келеді.

Магниттік өріс сызықтарының бағытын анықтауға болады Гимлет ережесіне сәйкес: егер гимлеттің (1) ілгерілемелі қозғалысы өткізгіштегі токтың (2) бағытымен сәйкес келсе, онда оның тұтқасының айналуы өткізгіштің айналасындағы магнит өрісінің сызықтарының (4) бағытын көрсетеді.

Ток бағыты өзгерген кезде магнит өрісінің сызықтары да өз бағытын өзгертеді.

Өткізгіштен алыстаған сайын магнит өрісінің сызықтары жиі емес. Демек, магнит өрісінің индукциясы азаяды.

Өткізгіштегі ток бағыты, әдетте, егер ток бізге қарай жүрсе, нүктемен, ал ток бізден алыстаса, крестпен көрсетіледі.

Төмен токтарда күшті магнит өрістерін алу үшін олар әдетте ток өткізгіштердің санын көбейтеді және оларды айналымдар тізбегі түрінде жасайды; мұндай құрылғы катушка деп аталады.

Орам түрінде иілген өткізгіште осы өткізгіштің барлық бөлімдері тудыратын магнит өрістері катушка ішінде бірдей бағытта болады. Демек, катушка ішіндегі магнит өрісінің қарқындылығы түзу өткізгіштің айналасындағыға қарағанда үлкен болады. Бұрылыстар катушкаға біріктірілгенде, жеке бұрылыстар жасаған магнит өрістері қосылады. Бұл жағдайда катушка ішіндегі өріс сызықтарының концентрациясы артады, яғни оның ішіндегі магнит өрісі күшейеді.

Орамнан өтетін ток неғұрлым көп болса және оның ішіндегі бұрылыстар неғұрлым көп болса, катушкалар жасаған магнит өрісі соғұрлым күшті болады. Катушканың сыртындағы магнит өрісі де жеке бұрылыстардың магнит өрістерінен тұрады, бірақ магнит өрісінің сызықтары соншалықты тығыз орналаспаған, соның нәтижесінде ондағы магнит өрісінің қарқындылығы катушка ішіндегідей үлкен емес.

Тогы бар катушканың магнит өрісі түзу тұрақты магнит өрісімен бірдей пішінге ие: магниттік күш сызықтары катушканың бір ұшынан шығып, екінші ұшына енеді. Демек, ток бар катушка жасанды электр магниті болып табылады. Әдетте магнит өрісін күшейту үшін катушка ішіне болат өзек енгізіледі; мұндай орам деп аталады электромагнит.

Тогы бар катушканың магниттік индукция сызықтарының бағыты мына арқылы табылады оң қол ережесі:

егер сіз тоқ орамын оң қолыңыздың алақанымен төрт саусақ оның бұрылыстарындағы ток бағытын көрсететіндей етіп қыссаңыз, онда бас бармақ магнит индукциясы векторының бағытын көрсетеді.

Бұрылыс немесе катушкалар арқылы жасалған магнит өрісінің сызықтарының бағытын анықтау үшін сіз де пайдалана аласыз гимлет ережесі:

егер сіз гимлеттің тұтқасын катушкадағы немесе катушкадағы ток бағытымен айналдырсаңыз, онда гимлеттің трансляциялық қозғалысы магнит индукциясы векторының бағытын көрсетеді.

Электромагниттер технологияда өте кең қолданыс тапты. Электромагниттің полярлығын (магниттік өрістің бағыты) оң қол ережесі арқылы да анықтауға болады.

Ампер қуаты

Ампер қуаты– магнит өрісінде орналасқан тогы бар өткізгішке әсер ететін күш.

Ампер заңы:индукциясы ​\(\vec(B) \) ​ бар магнит өрісіне орналастырылған ​\(I \) ​ ұзындығы ​\(l \) ​ күші бар өткізгішке күш әсер етеді, оның модулі мынаған тең:

мұндағы ​\(\альфа \) ​ – ток өткізгіш пен магнит индукциясы векторының арасындағы бұрыш ​\(\vec(B) \) ​.

Ампер күшінің бағыты анықталады сол қол ережесіне сәйкес: егер сол қолдың алақаны магниттік индукция векторының құрамдас бөлігі ​\(B_\perp \) өткізгішке перпендикуляр алақанға түсетіндей орналасса және төрт ұзартылған саусақ өткізгіштегі токтың бағытын көрсетсе, онда 90° бүгілген бас бармақ Ампер күшінің бағытын көрсетеді.

Ампер күші орталық емес. Ол магниттік индукция сызықтарына перпендикуляр бағытталған.

Ампер қуаты кеңінен қолданылады. Техникалық құрылғыларда магнит өрісі электр тогы өтетін өткізгіштер арқылы жасалады. Электромагниттер электр тізбектерін қашықтан өшіру үшін электромеханикалық реледе, магниттік кранда, компьютердің қатты дискінде, бейнемагнитофонның жазу бастиегінде, теледидардың сурет түтігінде және компьютер мониторында қолданылады. Электр қозғалтқыштары күнделікті өмірде, көлікте және өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Электромагниттің тұрақты магнит өрісімен әрекеттесуі электрлік өлшеу құралдарын (амперметр, вольтметр) жасауға мүмкіндік берді.

Электр қозғалтқышының қарапайым моделі тұрақты магниттің магнит өрісіне орналастырылған ток өткізгіш жақтау болып табылады. Нақты электр қозғалтқыштарында тұрақты магниттердің орнына электромагниттер, ал раманың орнына сымның көп бұрылыстары бар орамдар қолданылады.

Электр қозғалтқышының тиімділігі:

мұндағы ​ \(N\) ​ қозғалтқыш жасаған механикалық қуат.

Электр қозғалтқышының тиімділігі өте жоғары.

Тогы бар өткізгіштерге магнит өрісінің әрекетіне есептер шығару алгоритмі:

• ток бар өткізгіш немесе тізбек және өріс сызықтарының бағыты көрсетілген схемалық сызбаны жасау;
• өріс бағыты мен жеке контур элементтері арасындағы бұрыштарды белгілеу;
• сол жақ ережесін пайдаланып, тогы бар өткізгішке немесе контурдың әрбір элементіне әсер ететін Ампер күшінің бағытын анықтап, бұл күштерді сызбада көрсету;
• өткізгішке немесе тізбекке әсер ететін барлық басқа күштерді көрсетіңіз;
• есепте айтылған қалған күштердің формулаларын жаз. Күштерді тәуелді шамалары арқылы көрсетіңіз. Егер өткізгіш тепе-теңдікте болса, онда оның тепе-теңдік шартын жазу керек (күштер мен күштердің моменттерінің қосындысы нөлге тең);
• Ньютонның екінші заңын векторлық және проекциялар түрінде жазу;
• шешімді тексеріңіз.

Лоренц күші

Лоренц күші– магнит өрісінен қозғалатын зарядталған бөлшекке әсер ететін күш.

Лоренц күшін табу формуласы:

мұндағы ​\(q \) ​ – бөлшек заряды, ​\(v \) ​ – бөлшек жылдамдығы, ​\(B \) ​ – магнит индукциясы векторының шамасы, ​\(\альфа \) ​ – бөлшектер арасындағы бұрыш бөлшектер жылдамдығының векторы және магниттік индукция векторы.

Лоренц күшінің бағыты анықталады сол қол ережесіне сәйкес: егер сол қолдың алақаны магниттік индукция векторының құрамдас бөлігі ​\(B_\perp \) өткізгішке перпендикуляр алақанға түсетіндей орналасса және төрт ұзартылған саусақ оң зарядталған бөлшектің жылдамдығының бағытын көрсетеді , содан кейін 90° бүгілген бас бармақ Лоренц күшінің бағытын көрсетеді.

Егер бөлшектің заряды теріс болса, онда күштің бағыты кері болады.

Маңызды!
Егер жылдамдық векторы магнит индукциясы векторымен бірге бағытталса, онда бөлшек бірқалыпты және түзу сызықты қозғалады.

Біртекті магнит өрісінде Лоренц күші бөлшектің траекториясын иеді.

Егер жылдамдық векторы магнит индукциясы векторына перпендикуляр болса, онда бөлшек радиусы мынаған тең шеңбер бойымен қозғалады:

мұндағы ​\(m \) ​ - бөлшектің массасы, ​\(v \) ​ - бөлшектің жылдамдығы, ​\(B \) ​ - магнит индукциясы векторының шамасы, ​\(q \) ) - бөлшектің заряды.

Бұл жағдайда Лоренц күші центрге тартқыш күш рөлін атқарады және оның жұмысы нөлге тең. Бөлшектердің айналу периоды (жиілігі) шеңбердің радиусына және бөлшектің жылдамдығына тәуелді емес. Бөлшектердің айналу периодын есептеу формуласы:

Зарядталған бөлшектің бұрыштық жылдамдығы:

Маңызды!
Лоренц күші бөлшектің кинетикалық энергиясын және оның жылдамдық модулін өзгертпейді. Лоренц күшінің әсерінен бөлшектердің жылдамдығының бағыты өзгереді.

Егер жылдамдық векторы ​\(\альфа \) ​ (0°) бұрышқа бағытталған болса< \(\alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

Бұл жағдайда бөлшектердің жылдамдығы векторын екі жылдамдық векторының қосындысы ретінде көрсетуге болады, олардың біреуі ​\(\vec(v)_2 \) ​, \(\vec(B) \) векторына параллель. , ал екіншісі, \(\vec (v)_1 \) , – оған перпендикуляр. \(\vec(v)_1 \) векторының шамасы да, бағыты да өзгермейді. \(\vec(v)_2\) векторының бағыты өзгереді. Лоренц күші \(\vec(v)_1\) жылдамдық векторына перпендикуляр қозғалатын бөлшекке үдеу береді. Бөлшек шеңбер бойымен қозғалады. Бөлшектің шеңбер бойымен айналу периоды ​\(T\) ​.

Осылайша, индукция сызығының бойындағы бірқалыпты қозғалыс \(\vec(B)\) векторына перпендикуляр жазықтықта айналмалы қозғалыстың үстіне қойылады. Бөлшек ​\(h=v_2T \) ​ қадамымен бұрандалы сызық бойымен қозғалады.

Маңызды!
Егер бөлшек электр және магнит өрісінде қозғалса, онда жалпы Лоренц күші мынаған тең болады:

Зарядталған бөлшектің магнит өрісіндегі қозғалысының ерекшеліктері масс-спектрометрлерде – зарядталған бөлшектердің массаларын өлшеуге арналған құрылғыларда қолданылады; бөлшектердің үдеткіштері; Токамак қондырғыларында плазманы жылу оқшаулау үшін.

Магниттік (және электрлік) өрістің зарядталған бөлшектерге әсері туралы есептерді шешу алгоритмі:

• сызбасын жасау, ондағы магниттік (және электрлік) өріс сызықтарын көрсету, бөлшектің бастапқы жылдамдығының векторын салу және оның зарядының таңбасын белгілеу;
• зарядталған бөлшекке әсер ететін күштерді бейнелеу;
• бөлшектердің траекториясының түрін анықтау;
• зарядталған бөлшекке әсер ететін күштерді магнит өрісінің бағыты бойынша және оған перпендикуляр бағытта кеңейту;
• күштің таралу бағыттарының әрқайсысы үшін материалдық нүкте динамикасының негізгі теңдеуін құру;
• күштерді тәуелді шамалар арқылы көрсету;
• белгісіз шама үшін алынған теңдеулер жүйесін шешу;
• шешімді тексеріңіз.

«Магнит өрісі» бөлімінің негізгі формулалары

Магнит өрісінің сипаттамасы не екенін түсіну үшін көптеген құбылыстарды анықтау керек. Сонымен бірге, оның қалай және неге пайда болғанын алдын ала есте сақтау керек. Күш өрісінің не екенін табыңыз. Мұндай өріс тек магниттерде ғана емес болуы маңызды. Осыған байланысты жердің магнит өрісінің сипаттамаларын айтудың зияны жоқ.

Өрістің пайда болуы

Алдымен өрістің пайда болуын сипаттау керек. Содан кейін магнит өрісін және оның сипаттамаларын сипаттауға болады. Ол зарядталған бөлшектердің қозғалысы кезінде пайда болады. Әсіресе ток өткізгіштерге әсер етуі мүмкін. Магнит өрісі мен қозғалатын зарядтар немесе ток өтетін өткізгіштер арасындағы өзара әрекеттесу электромагниттік деп аталатын күштердің әсерінен болады.

Белгілі бір кеңістіктік нүктедегі магнит өрісінің интенсивтілігі немесе күші сипаттамасы магниттік индукция көмегімен анықталады. Соңғысы B белгісімен белгіленеді.

Өрістің графикалық көрінісі

Магнит өрісін және оның сипаттамаларын индукциялық сызықтар арқылы графикалық түрде көрсетуге болады. Бұл анықтама кез келген нүктедегі жанамалары магниттік индукция векторының бағытымен сәйкес келетін сызықтарға қатысты.

Бұл сызықтар магнит өрісінің сипаттамаларына кіреді және оның бағыты мен қарқындылығын анықтау үшін қолданылады. Магнит өрісінің қарқындылығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым бұл сызықтар көбірек сызылады.

Магниттік сызықтар дегеніміз не

Тогы түзу өткізгіштердегі магниттік сызықтар концентрлік шеңбердің пішініне ие, оның центрі берілген өткізгіштің осінде орналасқан. Ток өткізгіштердің жанындағы магниттік сызықтардың бағыты гимлет ережесімен анықталады, ол келесідей естіледі: егер гимлет ток бағыты бойынша өткізгішке бұралатын етіп орналастырылса, онда тұтқаның айналу бағыты магниттік сызықтардың бағытына сәйкес келеді.

Тогы бар катушкада магнит өрісінің бағыты да гимлет ережесімен анықталады. Сондай-ақ, соленоидтық бұрылыстардағы тұтқаны ток бағыты бойынша бұру қажет. Магниттік индукция сызықтарының бағыты гимлеттің трансляциялық қозғалысының бағытына сәйкес болады.

Бұл магнит өрісінің негізгі сипаттамасы.

Бір токпен жасалған, тең жағдайларда өріс осы заттардағы әртүрлі магниттік қасиеттерге байланысты әртүрлі орталарда қарқындылықта өзгереді. Ортаның магниттік қасиеттері абсолютті магниттік өткізгіштікпен сипатталады. Ол метрге генримен (г/м) өлшенеді.

Магнит өрісінің сипаттамасына магниттік тұрақты деп аталатын вакуумның абсолютті магниттік өткізгіштігі жатады. Ортаның абсолютті магниттік өткізгіштігі тұрақтыдан қанша есе ерекшеленетінін анықтайтын шаманы салыстырмалы магниттік өткізгіштік деп атайды.

Заттардың магниттік өткізгіштігі

Бұл өлшемсіз шама. Өткізгіштік мәні бірден төмен заттарды диамагниттік деп атайды. Бұл заттарда өріс вакуумға қарағанда әлсіз болады. Бұл қасиеттер сутегі, су, кварц, күміс және т.б.

Магниттік өткізгіштігі бірліктен асатын орталар парамагниттік деп аталады. Бұл заттарда өріс вакуумға қарағанда күштірек болады. Бұл орталар мен заттарға ауа, алюминий, оттегі және платина жатады.

Парамагниттік және диамагнитті заттар жағдайында магниттік өткізгіштіктің мәні сыртқы, магниттеу өрісінің кернеуіне тәуелді болмайды. Бұл белгілі бір зат үшін шаманың тұрақты екенін білдіреді.

Ерекше топқа ферромагнетиктер жатады. Бұл заттар үшін магниттік өткізгіштік бірнеше мың немесе одан да көп болады. Магниттелу және магнит өрісін күшейту қасиеті бар бұл заттар электротехникада кеңінен қолданылады.

Өріс күші

Магнит өрісінің сипаттамаларын анықтау үшін магниттік индукция векторымен бірге магнит өрісінің күші деп аталатын шаманы пайдалануға болады. Бұл термин сыртқы магнит өрісінің қарқындылығын анықтайды. Барлық бағытта бірдей қасиеттері бар ортадағы магнит өрісінің бағыты, қарқындылық векторы өріс нүктесіндегі магнит индукциясы векторымен сәйкес келеді.

Ферромагнетиктердің күшті магниттік қасиеттері оларда шағын магниттер түрінде ұсынылуы мүмкін еркін магниттелген ұсақ бөлшектердің болуымен түсіндіріледі.

Магнит өрісі болмаса, ферромагниттік зат айқын магниттік қасиеттерге ие болмауы мүмкін, өйткені домендердің өрістері әртүрлі бағыттар алады және олардың жалпы магнит өрісі нөлге тең.

Магнит өрісінің негізгі сипаттамасына сәйкес, егер ферромагнетикті сыртқы магнит өрісіне, мысалы, ток күші бар катушкаға орналастырса, онда сыртқы өрістің әсерінен домендер сыртқы өріс бағытына бұрылады. Сонымен қатар, катушкалардағы магнит өрісі артады, ал магнит индукциясы артады. Егер сыртқы өріс жеткілікті әлсіз болса, онда барлық домендердің тек бір бөлігі ғана айналады, олардың магнит өрістері сыртқы өріс бағытына жақын. Сыртқы өрістің күші артқан сайын айналмалы домендердің саны артады және сыртқы өріс кернеуінің белгілі бір мәнінде барлық бөліктер дерлік магнит өрістері сыртқы өріс бағытында орналасатындай айналады. Бұл күй магниттік қанығу деп аталады.

Магниттік индукция мен кернеу арасындағы байланыс

Ферромагниттік заттың магниттік индукциясы мен сыртқы өріс кернеулігі арасындағы байланысты магниттелу қисығы деп аталатын график арқылы бейнелеуге болады. Қисық график иілу нүктесінде магнит индукциясының өсу жылдамдығы төмендейді. Иілуден кейін кернеу белгілі бір мәнге жететін жерде қанығу пайда болады және қисық аздап көтеріледі, бірте-бірте түзу сызықтың пішінін алады. Бұл аймақта индукция әлі де өсуде, бірақ өте баяу және тек сыртқы өріс кернеулігінің артуына байланысты.

Индикаторлық мәліметтердің графикалық тәуелділігі тікелей емес, яғни олардың қатынасы тұрақты емес, ал материалдың магниттік өткізгіштігі тұрақты көрсеткіш емес, сыртқы өріске тәуелді.

Материалдардың магниттік қасиеттерінің өзгеруі

Ток күші ферромагниттік өзегі бар катушкада толық қанығуға дейін жоғарылағанда, содан кейін азайған кезде магниттелу қисығы магнитсіздену қисығымен сәйкес келмейді. Нөлдік қарқындылық кезінде магнит индукциясы бірдей мәнге ие болмайды, бірақ қалдық магниттік индукция деп аталатын белгілі бір көрсеткішке ие болады. Магниттік индукцияның магниттеу күшінен артта қалуы гистерезис деп аталады.

Катушкадағы ферромагниттік ядроны толығымен магнитсіздендіру үшін кері ток беру керек, ол қажетті кернеуді жасайды. Әртүрлі ферромагниттік заттар әртүрлі ұзындықтағы бөлікті қажет етеді. Ол неғұрлым үлкен болса, соғұрлым магнитсіздендіруге қажетті энергия мөлшері артады. Материалдың толық магнитсізденуі орын алатын шама коэрцив күші деп аталады.

Катушкадағы токтың одан әрі артуымен индукция қайтадан қаныққанға дейін артады, бірақ магниттік сызықтардың басқа бағытымен. Қарсы бағытта магнитсіздендіру кезінде қалдық индукция алынады. Қалдық магнетизм құбылысы қалдық магнетизмнің жоғары индексі бар заттардан тұрақты магниттер жасау кезінде қолданылады. Электр машиналары мен құрылғыларының өзектері қайта магниттелу қабілеті бар заттардан жасалады.

Сол қол ережесі

Ток өткізгішке әсер ететін күштің сол жақ ережесімен анықталатын бағыты бар: тың қолдың алақаны оған магниттік сызықтар енетіндей етіп орналасса және төрт саусақ ток бағытына қарай созылады. өткізгіште иілген бас бармақ күштің бағытын көрсетеді. Бұл күш индукция векторы мен токқа перпендикуляр.

Магнит өрісінде қозғалатын ток өткізгіш электр энергиясын механикалық энергияға өзгертетін электр қозғалтқышының прототипі болып саналады.

Оң қол ережесі

Өткізгіш магнит өрісінде қозғалған кезде оның ішінде магнит индукциясына, тартылған өткізгіштің ұзындығына және оның қозғалыс жылдамдығына пропорционал мәнге ие электр қозғаушы күш индукцияланады. Бұл тәуелділік электромагниттік индукция деп аталады. Өткізгіштегі индукцияланған ЭҚК бағытын анықтау кезінде оң қол ережесі қолданылады: оң қол сол жақпен мысалдағыдай орналасса, магниттік сызықтар алақанға енеді, ал бас бармақ көрсетеді. өткізгіштің қозғалыс бағыты, ұзартылған саусақтар индукцияланған ЭҚК бағытын көрсетеді. Сыртқы механикалық күштің әсерінен магнит ағынында қозғалатын өткізгіш механикалық энергия электр энергиясына айналатын электр генераторының ең қарапайым мысалы болып табылады.

Оны басқаша тұжырымдауға болады: тұйық контурда ЭҚК индукцияланады; осы контурмен жабылған магнит ағынының кез келген өзгерісі кезінде контурдағы ЭҚК осы контурды қамтитын магнит ағынының өзгеру жылдамдығына сандық түрде тең.

Бұл пішін орташа ЭҚК индикаторын береді және ЭҚК-нің магнит ағынына емес, оның өзгеру жылдамдығына тәуелділігін көрсетеді.

Ленц заңы

Сондай-ақ Ленц заңын есте сақтау керек: контурдан өтетін магнит өрісі өзгерген кезде индукцияланған ток, оның магнит өрісі бұл өзгеріске жол бермейді. Егер катушканың бұрылыстарына әртүрлі магнит ағындары енетін болса, онда бүкіл катушка бойынша индукцияланған ЭҚК әртүрлі айналымдардағы ЭҚҚ қосындысына тең болады. Катушканың әртүрлі бұрылыстарының магнит ағындарының қосындысы ағынды байланыс деп аталады. Бұл шаманың, сондай-ақ магнит ағынының өлшем бірлігі Вебер болып табылады.

Тізбектегі электр тогы өзгерген кезде ол тудыратын магнит ағыны да өзгереді. Бұл жағдайда электромагниттік индукция заңына сәйкес өткізгіштің ішінде ЭҚК индукцияланады. Ол өткізгіштегі токтың өзгеруіне байланысты пайда болады, сондықтан бұл құбылыс өзін-өзі индукция деп, ал өткізгіште индукцияланған ЭҚК өзіндік индукциялық ЭҚК деп аталады.

Ағынның байланысы және магнит ағыны тек ток күшіне ғана емес, сонымен қатар берілген өткізгіштің өлшемі мен пішініне, қоршаған заттың магниттік өткізгіштігіне де байланысты.

Өткізгіш индуктивтілігі

Пропорционалдық коэффициенті өткізгіштің индуктивтілігі деп аталады. Ол электр тогы өткен кезде өткізгіштің ағынды байланыстыру қабілетін білдіреді. Бұл электр тізбектерінің негізгі параметрлерінің бірі. Белгілі бір тізбектер үшін индуктивтілік тұрақты шама болып табылады. Ол тізбектің өлшеміне, оның конфигурациясына және ортаның магниттік өткізгіштігіне байланысты болады. Бұл жағдайда тізбектегі ток күші және магнит ағыны маңызды болмайды.

Жоғарыда келтірілген анықтамалар мен құбылыстар магнит өрісінің не екенін түсіндіреді. Магнит өрісінің негізгі сипаттамалары да келтірілген, олардың көмегімен бұл құбылысты анықтауға болады.

Магнит өрісі - барлық өзара әрекеттесулердің таратқыштары, биондардың конфигурациясы динамикалық, өзара дәйекті айналуды білдіретін кеңістік аймағы.

Магниттік күштердің әсер ету бағыты дұрыс бұранда ережесін қолданатын биондардың айналу осімен сәйкес келеді. Магнит өрісінің күштік сипаттамасы биондардың айналу жиілігімен анықталады. Айналу жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, өріс соғұрлым күшті болады. Магнит өрісін электродинамикалық деп атаған дұрысырақ болар еді, өйткені ол зарядталған бөлшектер қозғалғанда ғана пайда болады және тек қозғалатын зарядтарға әсер етеді.

Магнит өрісінің неліктен динамикалық екенін түсіндірейік. Магниттік өрістің пайда болуы үшін биондардың айнала бастауы қажет, тек бионның полюстерінің бірін тартатын қозғалатын заряд оларды айналдыра алады. Егер заряд қозғалмаса, онда бион айналмайды.

Магнит өрісі қозғалыстағы электр зарядтарының айналасында ғана пайда болады. Сондықтан магнит және электр өрістері біртұтас және бірге электромагниттік өрісті құрайды. Магнит өрісінің құрамдас бөліктері өзара байланысты және бір-біріне әсер етіп, олардың қасиеттерін өзгертеді.

Магнит өрісінің қасиеттері:

• Магнит өрісі электр тогының қозғаушы зарядтарының әсерінен пайда болады.
• Кез келген нүктеде магнит өрісі магнит өрісіне тән күш болып табылатын магнит индукциясы деп аталатын физикалық шаманың векторымен сипатталады.
• Магнит өрісі тек магниттерге, ток өткізгіштерге және қозғалатын зарядтарға әсер ете алады.
• Магнит өрісі тұрақты және айнымалы типті болуы мүмкін
• Магнит өрісі тек арнайы құралдармен өлшенеді және адамның сезім мүшелерімен қабылданбайды.
• Магнит өрісі электродинамикалық болып табылады, өйткені ол тек зарядталған бөлшектердің қозғалысы арқылы пайда болады және тек қозғалыстағы зарядтарға әсер етеді.
• Зарядталған бөлшектер перпендикуляр траектория бойынша қозғалады.

Магнит өрісінің мөлшері магнит өрісінің өзгеру жылдамдығына байланысты. Осы ерекшелігіне сәйкес магнит өрісінің екі түрі бар: динамикалық магнит өрісі және гравитациялық магнит өрісі.Гравитациялық магнит өрісі элементар бөлшектердің жанында ғана пайда болады және осы бөлшектердің құрылымдық ерекшеліктеріне байланысты түзіледі.

Магниттік момент магнит өрісі өткізгіш жақтауға әсер еткенде пайда болады. Басқаша айтқанда, магниттік момент кадрға перпендикуляр өтетін сызықта орналасқан вектор болып табылады.

Магнит өрісін магнит өрісінің сызықтары арқылы графикалық түрде көрсетуге болады. Бұл сызықтар өріс күштерінің бағыты өріс сызығының өзінің бағытымен сәйкес келетіндей бағытта сызылады. Магниттік күш сызықтары бір уақытта үздіксіз және тұйық болады. Магнит өрісінің бағыты магниттік иненің көмегімен анықталады. Күш сызықтары магниттің полярлығын да анықтайды, күш сызықтарының шығуы солтүстік полюс, ал осы сызықтардың кірісі оңтүстік полюс болып табылады.

Магнит өрісінің не екенін бірге түсінейік. Өйткені, көптеген адамдар өмір бойы осы салада өмір сүреді және бұл туралы ойламайды. Оны түзететін уақыт келді!

Магниттік өріс

Магниттік өріс- материяның ерекше түрі. Ол қозғалатын электр зарядтары мен өздерінің магниттік моменті (тұрақты магниттер) бар денелерге әсер етуде көрінеді.

Маңызды: магнит өрісі стационарлық зарядтарға әсер етпейді! Магнит өрісі қозғалатын электр зарядтары немесе уақыт бойынша өзгеретін электр өрісі немесе атомдардағы электрондардың магниттік моменттері арқылы да жасалады. Яғни, ток өтетін кез келген сым да магнитке айналады!

Өзіндік магнит өрісі бар дене.

Магниттің солтүстік және оңтүстік деп аталатын полюстері бар. «Солтүстік» және «оңтүстік» белгілері ыңғайлы болу үшін ғана берілген («плюс» және «минус» электр энергиясы сияқты).

Магнит өрісі арқылы көрсетіледі магниттік электр желілері. Күш сызықтары үздіксіз және тұйық, ал олардың бағыты әрқашан өріс күштерінің әсер ету бағытымен сәйкес келеді. Металл жоңқалары тұрақты магниттің айналасында шашыраңқы болса, металл бөлшектері солтүстік полюстен шығып, оңтүстік полюске түсетін магнит өрісінің сызықтарының анық суретін көрсетеді. Магнит өрісінің графикалық сипаттамасы – күш сызықтары.

Магнит өрісінің сипаттамасы

Магнит өрісінің негізгі сипаттамалары болып табылады магниттік индукция, магниттік ағынЖәне магниттік өткізгіштік. Бірақ барлығын ретімен айтайық.

Жүйеде барлық өлшем бірліктері берілгенін бірден атап өтейік SI.

Магниттік индукция Б – магнит өрісінің негізгі күш сипаттамасы болып табылатын векторлық физикалық шама. Әріппен белгіленеді Б . Магниттік индукцияның өлшем бірлігі – Тесла (Т).

Магниттік индукция зарядқа әсер ететін күшті анықтау арқылы өрістің қаншалықты күшті екенін көрсетеді. Бұл күш деп аталады Лоренц күші.

Мұнда q - заряд, v - оның магнит өрісіндегі жылдамдығы; Б - индукция, Ф - өріс зарядқа әсер ететін Лоренц күші.

Ф– индукция векторы мен ағын өтетін тізбектің жазықтығына нормаль арасындағы контур ауданы мен косинустың магниттік индукцияның көбейтіндісіне тең физикалық шама. Магниттік ағын – магнит өрісінің скалярлық сипаттамасы.

Магнит ағыны бірлік ауданға енетін магниттік индукция сызықтарының санын сипаттайды деп айта аламыз. Магнит ағыны өлшенеді Веберах (Вб).

Магниттік өткізгіштік– ортаның магниттік қасиетін анықтайтын коэффициент. Өрістің магниттік индукциясы тәуелді болатын параметрлердің бірі магниттік өткізгіштік болып табылады.

Біздің планета бірнеше миллиард жыл бойы үлкен магнит болды. Жердің магнит өрісінің индукциясы координаталарға байланысты өзгереді. Экваторда ол шамамен 3,1 есе 10 Тесланың минус бесінші дәрежесіне тең. Сонымен қатар, өрістің мәні мен бағыты көршілес аймақтардан айтарлықтай ерекшеленетін магниттік ауытқулар бар. Ғаламшардағы ең үлкен магниттік аномалиялардың кейбірі - КурскЖәне Бразилиялық магниттік аномалиялар.

Жердің магнит өрісінің пайда болуы әлі күнге дейін ғалымдар үшін жұмбақ күйінде қалып отыр. Кен орнының көзі Жердің сұйық металл ядросы болып табылады деп болжанады. Өзек қозғалады, яғни балқытылған темір-никель қорытпасы қозғалады, ал зарядталған бөлшектердің қозғалысы магнит өрісін тудыратын электр тогы болып табылады. Мәселе мынада, бұл теория ( геодинамо) өрістің тұрақтылығын қалай ұстайтынын түсіндірмейді.

Жер - үлкен магниттік диполь.Магниттік полюстер географиялық полюстермен сәйкес келмейді, бірақ олар жақын орналасқан. Оның үстіне Жердің магниттік полюстері қозғалады. Олардың ығысуы 1885 жылдан бері тіркелген. Мысалы, соңғы жүз жылда Оңтүстік жарты шардағы магниттік полюс 900 шақырымға жуық жылжып, қазір Оңтүстік мұхитта орналасқан. Арктикалық жарты шардың полюсі Солтүстік Мұзды мұхит арқылы Шығыс Сібір магниттік аномалиясына жылжиды, оның қозғалыс жылдамдығы (2004 жылғы мәліметтер бойынша) жылына шамамен 60 шақырымды құрады. Қазір полюстер қозғалысының үдеуі байқалады – орташа есеппен жыл сайын жылдамдық 3 шақырымға артып келеді.

Жердің магнит өрісінің біз үшін маңызы қандай?Ең алдымен, Жердің магнит өрісі планетаны ғарыштық сәулелерден және күн желінен қорғайды. Терең ғарыштан зарядталған бөлшектер тікелей жерге түспейді, бірақ алып магниттің әсерінен ауытқып, оның күш сызықтары бойынша қозғалады. Осылайша, барлық тірі заттар зиянды радиациядан қорғалған.

Жер тарихында бірнеше оқиғалар болды. инверсиялармагниттік полюстердің (өзгерістері). Полюстік инверсия- бұл кезде олар орындарын ауыстырады. Соңғы рет бұл құбылыс шамамен 800 мың жыл бұрын болған және Жер тарихында барлығы 400-ден астам геомагниттік инверсия болған.Кейбір ғалымдар магниттік полюстердің қозғалысының байқалған үдеуін ескере отырып, келесі полюсті деп санайды. инверсия келесі екі мың жылда күтілу керек.

Бақытымызға орай, біздің ғасырда полюстің өзгеруі әлі күтілмейді. Бұл магнит өрісінің негізгі қасиеттері мен сипаттамаларын қарастыра отырып, сіз Жердің жақсы ескі тұрақты өрісінде жағымды нәрселер туралы ойлауға және өмірден ләззат алуға болатындығын білдіреді. Сіз мұны істей алуыңыз үшін біздің авторларымыз бар, оларға сіз кейбір білім беру мәселелерін сенімді түрде сеніп тапсыра аласыз! және басқа жұмыс түрлеріне сілтеме арқылы тапсырыс беруге болады.

Қозғалмайтын электр заряды электр өрісі арқылы басқа зарядқа әсер ететіні сияқты, электр тогы да басқа токқа әсер етеді. магнит өрісі. Магнит өрісінің тұрақты магниттерге әсері оның зат атомдарында қозғалатын және микроскопиялық дөңгелек токтар тудыратын зарядтарға әсеріне дейін төмендейді.

туралы ілім электромагнетизмекі ережеге негізделген:

• магнит өрісі қозғалатын зарядтар мен токтарға әсер етеді;
• токтар мен қозғалатын зарядтардың айналасында магнит өрісі пайда болады.

Магниттік әрекеттесу

Тұрақты магнит(немесе магнитті ине) Жердің магниттік меридианы бойымен бағытталған. Солтүстікті көрсететін соңы деп аталады Солтүстік полюс(N), ал қарама-қарсы шеті оңтүстік полюс(S). Екі магнитті бір-біріне жақындата отырып, олардың ұқсас полюстері тебетінін, ал оларға ұқсамайтын полюстер тартатынын байқаймыз ( күріш. 1 ).

Тұрақты магнитті екі бөлікке кесу арқылы полюстерді бөлетін болсақ, олардың әрқайсысында да болатынын көреміз екі полюс, яғни тұрақты магнит болады ( күріш. 2 ). Екі полюс – солтүстік пен оңтүстік – бір-бірінен ажырағысыз және тең құқықтарға ие.

Жер немесе тұрақты магниттер тудыратын магнит өрісі электр өрісі сияқты магниттік күш сызықтары арқылы бейнеленеді. Магниттің магнит өрісінің сызықтарының суретін оның үстіне темір үгінділері біркелкі қабатпен себілген қағаз парағын қою арқылы алуға болады. Магниттік өріске ұшыраған кезде үгінділер магниттеледі - олардың әрқайсысында солтүстік және оңтүстік полюстері бар. Қарама-қарсы полюстер бір-біріне жақындауға бейім, бірақ бұл қағаздағы үгінділердің үйкелісімен болдырмайды. Қағазды саусағыңызбен түртсеңіз, үйкеліс азаяды және үгінділер бір-біріне тартылып, магнит өрісінің сызықтарын бейнелейтін тізбектер пайда болады.

Қосулы күріш. 3 магнит өрісінің сызықтарының бағытын көрсете отырып, тікелей магнит өрісіндегі үгінділер мен шағын магниттік көрсеткілердің орналасуын көрсетеді. Бұл бағыт магниттік иненің солтүстік полюсінің бағыты ретінде қабылданады.

Эрстед тәжірибесі. Токтың магнит өрісі

19 ғасырдың басында. Дания ғалымы Ørstedашқан кезде маңызды жаңалық ашты тұрақты магниттерге электр тогының әрекеті . Ол ұзын сымды магнитті иненің жанына қойды. Ток сым арқылы өткенде, көрсеткі оған перпендикуляр орналасуға тырысып, бұрылды ( күріш. 4 ). Мұны өткізгіштің айналасында магнит өрісінің пайда болуымен түсіндіруге болады.

Тогы бар түзу өткізгіш жасаған магнит өрісінің сызықтары оған перпендикуляр жазықтықта орналасқан концентрлік шеңберлер болып табылады, орталықтары ток өтетін нүктеде ( күріш. 5 ). Сызықтардың бағыты дұрыс бұранда ережесімен анықталады:

Егер бұранда өріс сызықтары бағытында бұрылса, ол өткізгіштегі ток бағытымен қозғалады. .

Магниттік өрістің күштік сипаттамасы болып табылады магниттік индукция векторы B . Әрбір нүктеде ол өріс сызығына тангенциалды түрде бағытталған. Электр өрісінің сызықтары оң зарядтардан басталып, теріс зарядтармен аяқталады және бұл өрістегі зарядқа әсер ететін күш әрбір нүктеде сызыққа тангенциалды түрде бағытталған. Электр өрісінен айырмашылығы, магнит өрісінің сызықтары жабық, бұл табиғатта «магниттік зарядтардың» болмауына байланысты.

Токтың магнит өрісі тұрақты магнит тудыратын өрістен түбегейлі айырмашылығы жоқ. Бұл мағынада жалпақ магниттің аналогы ұзын соленоид болып табылады - ұзындығы оның диаметрінен айтарлықтай үлкен сымның катушкасы. Ол жасаған магнит өрісінің сызықтарының диаграммасы көрсетілген күріш. 6 , жалпақ магнитке ұқсас ( күріш. 3 ). Шеңберлер электромагниттік ораманы құрайтын сымның көлденең қималарын көрсетеді. Сым арқылы бақылаушыдан алыс ағып жатқан токтар кресттермен, ал қарама-қарсы бағытта - бақылаушыға қарай - нүктелермен белгіленеді. Магнит өрісінің сызықтары сызу жазықтығына перпендикуляр болған кезде бірдей белгілер қабылданады ( күріш. 7 а, б).

Соленоид орамындағы токтың бағыты мен оның ішіндегі магнит өрісінің сызықтарының бағыты да оң бұранда ережесімен байланысты, ол бұл жағдайда келесідей тұжырымдалады:

Егер сіз соленоид осінің бойымен қарасаңыз, сағат тілімен ағып жатқан ток ондағы магнит өрісін жасайды, оның бағыты оң бұранданың қозғалыс бағытымен сәйкес келеді ( күріш. 8 )

Осы ережеге сүйене отырып, соленоидта көрсетілгенін түсіну оңай күріш. 6 , солтүстік полюс оның оң шеті, ал оңтүстік полюс сол жағы.

Соленоид ішіндегі магнит өрісі біркелкі – магниттік индукция векторының онда тұрақты мәні бар (B = const). Осыған байланысты соленоид параллельді конденсаторға ұқсайды, оның ішінде біркелкі электр өрісі жасалады.

Тогы бар өткізгішке магнит өрісінде әсер ететін күш

Магнит өрісіндегі тогы бар өткізгішке күш әсер ететіні тәжірибе жүзінде анықталды. Біртекті өрісте В өріс векторына перпендикуляр орналасқан I ток өтетін ұзындығы l түзу өткізгіш күшке ұшырайды: F = I l B .

Күштің бағыты анықталады сол қол ережесі:

Егер сол қолдың төрт созылған саусағы өткізгіштегі ток бағытымен орналасса, ал алақан В векторына перпендикуляр болса, онда ұзартылған бас бармақ өткізгішке әсер ететін күштің бағытын көрсетеді. (күріш. 9 ).

Айта кету керек, магнит өрісінде тогы бар өткізгішке әсер ететін күш электр күші сияқты оның күш сызықтарына тангенциалды емес, оларға перпендикуляр бағытталған. Күш сызықтарының бойында орналасқан өткізгішке магниттік күш әсер етпейді.

теңдеу F = IlBмагнит өрісінің индукциясының сандық сипаттамасын беруге мүмкіндік береді.

Қатынас өткізгіштің қасиеттеріне тәуелді емес және магнит өрісінің өзін сипаттайды.

Магниттік индукция векторының B шамасы сан жағынан оған перпендикуляр орналасқан бірлік ұзындықтағы өткізгішке әсер ететін күшке тең, ол арқылы бір ампер ток өтеді.

SI жүйесінде магнит өрісінің индукциясының бірлігі tesla (T) болып табылады:

Магниттік өріс. Кестелер, диаграммалар, формулалар

(Магниттердің өзара әрекеттесуі, Эрстед тәжірибесі, магнит индукциясы векторы, векторлық бағыт, суперпозиция принципі. Магнит өрісінің графикалық көрінісі, магниттік индукция сызықтары. Магнит ағыны, өрістің энергетикалық сипаттамасы. Магниттік күштер, Ампер күші, Лоренц күші. Зарядталған бөлшектердің қозғалысы. магнит өрісінде.Заттың магниттік қасиеттері, Ампер гипотезасы)