Hva er magnetfeltet til strømmen. Hvordan oppstår jordens magnetfelt?

Et magnetfelt- en spesiell form for materie som eksisterer rundt bevegelige elektriske ladninger - strømmer.

Kildene til magnetfeltet er permanente magneter og strømførende ledere. Et magnetfelt kan detekteres av effekten på en magnetisk nål, en strømførende leder og bevegelige ladede partikler.

For å studere magnetfeltet brukes en lukket flat krets med strøm (ramme med strøm).

Rotasjonen av en magnetisk nål nær en leder som strøm flyter gjennom ble først oppdaget av Oersted i 1820. Ampere observerte samspillet mellom ledere som strømmen gikk gjennom: hvis strømmene i lederne flyter i en retning, tiltrekker lederne seg, hvis strømmene i lederne flyter i motsatte retninger, avstøter de.

Egenskaper til magnetfelt:

• magnetisk felt er materiale;
• kilde og feltindikator – elektrisk strøm;
• magnetfeltet er virvel - kraftlinjene (magnetiske induksjonslinjer) er lukket;
• feltets størrelse avtar med avstanden fra feltkilden.

Viktig!
Magnetfeltet er ikke potensielt. Dens arbeid på en lukket bane er kanskje ikke lik null.

Magnetisk interaksjon kall tiltrekning eller frastøting av elektrisk nøytrale ledere når en elektrisk strøm går gjennom dem.

Den magnetiske interaksjonen mellom elektriske ladninger i bevegelse er forklart som følger: hver elektrisk ladning i bevegelse skaper et magnetfelt i rommet som virker på bevegelige ladede partikler.

Magnetisk feltstyrkekarakteristikk - magnetisk induksjonsvektor​\(\vec(B) \) ​. Modulen til den magnetiske induksjonsvektoren er lik forholdet mellom den maksimale verdien av kraften som virker fra magnetfeltet på en strømførende leder og strømstyrken i lederen \(I \) og dens lengde \( l \) :

Betegnelsen er \(\vec(B) \), SI-enheten er tesla (T).

1 T er induksjonen av et magnetfelt der en maksimal kraft på 1 N virker på hver meter lederlengde ved en strøm på 1 A.

Magnetisk induksjonsvektorretning faller sammen med retningen fra sørpolen til nordpolen til den magnetiske nålen (retningen indikert av nordpolen til den magnetiske nålen), fritt etablert i et magnetfelt.

Retningen til den magnetiske induksjonsvektoren kan bestemmes av gimlet regel:

hvis retningen for translasjonsbevegelsen til gimleten faller sammen med retningen til strømmen i lederen, faller rotasjonsretningen til gimlethåndtaket sammen med retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

For å bestemme den magnetiske induksjonen av flere felt, brukes den superposisjonsprinsipp:

den magnetiske induksjonen av det resulterende feltet skapt av flere kilder er lik vektorsummen av den magnetiske induksjonen av feltene skapt av hver kilde separat:

Et felt ved hvert punkt hvor den magnetiske induksjonsvektoren er den samme i størrelse og retning kalles homogen.

Magnetfeltet er visuelt avbildet i form av magnetiske linjer eller magnetiske induksjonslinjer. Magnetisk induksjonslinje er en tenkt linje, på et hvilket som helst punkt hvor den magnetiske induksjonsvektoren er rettet tangentielt til den.

Egenskaper til magnetiske linjer:

• magnetiske linjer er kontinuerlige;
• magnetiske linjer er lukket (dvs. i naturen er det ingen magnetiske ladninger som ligner elektriske ladninger);
• magnetiske linjer har en retning relatert til strømmens retning.

Tettheten av arrangementet lar oss bedømme størrelsen på feltet: jo tettere linjene er, jo sterkere er feltet.

En flat lukket krets med strøm plassert i et jevnt magnetfelt påvirkes av et kraftmoment ​\(M\)​:

hvor ​\(I \)​ – strømstyrke i lederen, ​\(S \)​ – overflate som dekkes av kretsen, ​\(B \)​ – størrelsen på den magnetiske induksjonsvektoren, ​\(\alpha \) ​ – vinkelen mellom perpendikulæren til konturplanet og den magnetiske induksjonsvektoren.

Så for modulen til den magnetiske induksjonsvektoren kan vi skrive formelen:

hvor det maksimale kraftmomentet tilsvarer vinkelen ​\(\alpha \) ​ = 90°.

I dette tilfellet ligger linjene med magnetisk induksjon i rammens plan, og dens likevektsposisjon er ustabil. Posisjonen til rammen med strøm vil være stabil i tilfellet når rammens plan er vinkelrett på linjene med magnetisk induksjon.

Permanente magneter- dette er kropper som beholder magnetisering i lang tid, det vil si skaper et magnetfelt.

Hovedegenskapen til magneter er å tiltrekke seg kropper laget av jern eller dets legeringer (for eksempel stål). Magneter kan være naturlige (laget av magnetisk jernmalm) eller kunstige, som er magnetiserte jernstrimler. Områdene på en magnet hvor dens magnetiske egenskaper er mest uttalt kalles poler. En magnet har to poler: nord ​\(N\) ​ og sør ​\(S \) ​.

Viktig!
Utenfor magneten forlater magnetiske linjer nordpolen og går inn i sørpolen.

Det er umulig å skille polene til en magnet.

Forklarte eksistensen av et magnetfelt i permanente magneter Ampere. I følge hans hypotese sirkulerer elementære elektriske strømmer inne i molekylene som utgjør en magnet. Hvis disse strømmene er orientert på en bestemt måte, blir handlingene deres sammen og kroppen viser magnetiske egenskaper. Hvis disse strømmene er tilfeldig plassert, blir deres handling gjensidig kompensert og kroppen viser ikke magnetiske egenskaper.

Magneter samhandler: som magnetiske poler frastøter, i motsetning til de tiltrekker seg.

Magnetisk felt til en strømførende leder

En elektrisk strøm som flyter gjennom en strømførende leder skaper et magnetfelt i rommet som omgir den. Jo større strømmen som går gjennom lederen, desto sterkere er magnetfeltet som oppstår rundt den.

De magnetiske kraftlinjene til dette feltet er plassert i konsentriske sirkler, i midten av hvilke det er en strømførende leder.

Retningen til magnetfeltlinjene rundt en strømførende leder er alltid i strengt samsvar med retningen til strømmen som går gjennom lederen.

Retningen til magnetfeltlinjer kan bestemmes etter gimlet-regelen: hvis translasjonsbevegelsen til gimlet (1) faller sammen med retningen til strømmen (2) i lederen, vil rotasjonen av håndtaket indikere retningen til magnetfeltlinjene (4) rundt lederen.

Når strømmens retning endres, endrer også magnetfeltlinjene retning.

Når du beveger deg bort fra lederen, er magnetfeltlinjene sjeldnere. Følgelig avtar magnetfeltinduksjonen.

Strømretningen i en leder er vanligvis representert med en prikk hvis strømmen går mot oss, og et kryss hvis strømmen er rettet bort fra oss.

For å oppnå sterke magnetiske felt ved lave strømmer øker de vanligvis antallet strømførende ledere og lager dem i form av en serie svinger; en slik enhet kalles en spole.

I en leder bøyd i form av en spole vil magnetfeltene som genereres av alle seksjoner av denne lederen ha samme retning inne i spolen. Derfor vil intensiteten til magnetfeltet inne i spolen være større enn rundt en rett leder. Når svingene kombineres til en spole, summeres de magnetiske feltene som skapes av de enkelte svingene. I dette tilfellet øker konsentrasjonen av feltlinjer inne i spolen, det vil si at magnetfeltet inne i den forsterkes.

Jo større strømmen som går gjennom spolen, og jo flere svinger det er i den, jo sterkere er magnetfeltet som skapes av spolen. Magnetfeltet utenfor spolen består også av magnetfeltene til individuelle svinger, men magnetfeltlinjene er ikke så tett plassert, som et resultat av at intensiteten til magnetfeltet der ikke er like stor som inne i spolen.

Magnetfeltet til en strømførende spole har samme form som feltet til en rett permanent magnet: magnetiske kraftlinjer går ut fra den ene enden av spolen og går inn i den andre enden. Derfor er en strømførende spole en kunstig elektrisk magnet. Vanligvis er en stålkjerne satt inn i spolen for å forsterke magnetfeltet; en slik spole kalles elektromagnet.

Retningen til de magnetiske induksjonslinjene til spolen med strøm finnes av høyrehåndsregel:

hvis du mentalt klemmer strømspolen med håndflaten på høyre hånd slik at fire fingre indikerer retningen til strømmen i svingene, så vil tommelen indikere retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

For å bestemme retningen til magnetfeltlinjene skapt av en sving eller spole, kan du også bruke gimlet regel:

hvis du roterer håndtaket på gimleten i retning av strømmen i spolen eller spolen, vil translasjonsbevegelsen til gimleten indikere retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Elektromagneter har funnet ekstremt bred anvendelse innen teknologi. Polariteten til en elektromagnet (retningen til magnetfeltet) kan også bestemmes ved hjelp av høyrehåndsregelen.

Ampere kraft

Ampere kraft– kraften som virker på en strømførende leder plassert i et magnetfelt.

Amperes lov: en leder med en kraftstrøm ​\(I \) ​ av lengden ​\(l \) ​, plassert i et magnetisk felt med induksjon ​\(\vec(B) \) ​, påvirkes av en kraft hvis modul er lik:

hvor ​\(\alpha \)​ er vinkelen mellom den strømførende lederen og den magnetiske induksjonsvektoren ​\(\vec(B) \) .

Retningen til Ampere-kraften bestemmes etter venstrehåndsregelen: hvis håndflaten på venstre hånd er plassert slik at komponenten av den magnetiske induksjonsvektoren ​\(B_\perp \) vinkelrett på lederen kommer inn i håndflaten, og fire forlengede fingre indikerer retningen til strømmen i lederen, da tommelen bøyd 90° vil vise retningen til amperekraften.

Amperes styrke er ikke sentral. Den er rettet vinkelrett på linjene for magnetisk induksjon.

Amperekraft er mye brukt. I tekniske enheter skapes et magnetfelt ved hjelp av ledere som elektrisk strøm flyter gjennom. Elektromagneter brukes i et elektromekanisk relé for å eksternt slå av elektriske kretser, en magnetisk kran, en datamaskinharddisk, et videoopptakshode, et TV-bilderør og en dataskjerm. Elektriske motorer er mye brukt i hverdagen, i transport og i industrien. Samspillet mellom en elektromagnet og feltet til en permanent magnet gjorde det mulig å lage elektriske måleinstrumenter (amperemeter, voltmeter).

Den enkleste modellen av en elektrisk motor er en strømførende ramme plassert i magnetfeltet til en permanent magnet. I ekte elektriske motorer, i stedet for permanente magneter, brukes elektromagneter, og i stedet for en ramme brukes viklinger med et stort antall ledninger.

Effektivitet for elektrisk motor:

hvor \(N\) er den mekaniske kraften utviklet av motoren.

Effektiviteten til den elektriske motoren er svært høy.

Algoritme for å løse problemer om virkningen av et magnetfelt på strømførende ledere:

• lage en skjematisk tegning for å indikere en leder eller krets med strøm og retningen til feltlinjene;
• marker vinklene mellom feltretningen og individuelle konturelementer;
• ved hjelp av venstreregelen, bestemme retningen til Ampere-kraften som virker på en strømførende leder eller på hvert element i kretsen, og vis disse kreftene på tegningen;
• angi alle andre krefter som virker på lederen eller kretsen;
• skriv ned formler for de resterende kreftene nevnt i oppgaven. Uttrykk krefter i form av mengdene de er avhengige av. Hvis lederen er i likevekt, er det nødvendig å skrive ned tilstanden til dens likevekt (summen av krefter og kreftmomenter er lik null);
• skrive ned Newtons andre lov i vektorform og i projeksjoner;
• sjekk løsningen.

Lorentz kraft

Lorentz kraft– kraften som virker på en ladet partikkel i bevegelse fra magnetfeltet.

Formel for å finne Lorentz-kraften:

hvor ​\(q \)​ – partikkelladning, ​\(v \)​ – partikkelhastighet, ​\(B \)​ – størrelsen på den magnetiske induksjonsvektoren, ​\(\alpha \)​ – vinkel mellom partikkelhastighetsvektor og vektoren for magnetisk induksjon.

Retningen til Lorentz-kraften bestemmes etter venstrehåndsregelen: hvis håndflaten på venstre hånd er plassert slik at komponenten av den magnetiske induksjonsvektoren ​\(B_\perp \) vinkelrett på lederen kommer inn i håndflaten, og fire forlengede fingre indikerer retningen til hastigheten til den positivt ladede partikkelen , så vil tommelen bøyd 90° vise retningen til kraften Lorenz.

Hvis ladningen til partikkelen er negativ, snus retningen til kraften.

Viktig!
Hvis hastighetsvektoren er samrettet med den magnetiske induksjonsvektoren, beveger partikkelen seg jevnt og rettlinjet.

I et jevnt magnetfelt bøyer Lorentz-kraften banen til en partikkel.

Hvis hastighetsvektoren er vinkelrett på den magnetiske induksjonsvektoren, beveger partikkelen seg i en sirkel hvis radius er lik:

hvor ​\(m \)​ er massen til partikkelen, ​\(v \)​ er hastigheten til partikkelen, ​\(B \)​ er størrelsen på den magnetiske induksjonsvektoren, ​\(q \ ) er ladningen til partikkelen.

I dette tilfellet spiller Lorentz-kraften rollen som en sentripetalkraft og dens arbeid er null. Omdreiningsperioden (frekvensen) for en partikkel avhenger ikke av sirkelens radius og partikkelens hastighet. Formel for å beregne omdreiningsperioden til en partikkel:

Vinkelhastigheten til en ladet partikkel:

Viktig!
Lorentz-kraften endrer ikke den kinetiske energien til partikkelen og dens hastighetsmodul. Under påvirkning av Lorentz-kraften endres retningen til partikkelhastigheten.

Hvis hastighetsvektoren er rettet mot en vinkel ​\(\alpha \)​ (0°< \(\alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

I dette tilfellet kan partikkelhastighetsvektoren representeres som summen av to hastighetsvektorer, hvorav den ene, ​\(\vec(v)_2 \)​, er parallell med vektoren \(\vec(B) \) , og den andre, \(\vec (v)_1 \) , – er vinkelrett på den. Vektoren \(\vec(v)_1 \) endres verken i størrelse eller retning. Vektoren \(\vec(v)_2\) endres i retning. Lorentz-kraften vil gi en akselerasjon til den bevegelige partikkelen vinkelrett på hastighetsvektoren \(\vec(v)_1\) . Partikkelen vil bevege seg i en sirkel. Omdreiningsperioden for en partikkel i en sirkel er ​\(T\) ​.

Ensartet bevegelse langs induksjonslinjen vil således legges over sirkulær bevegelse i et plan vinkelrett på vektoren \(\vec(B)\) . Partikkelen beveger seg langs en spirallinje med et trinn ​\(h=v_2T \) ​.

Viktig!
Hvis en partikkel beveger seg i elektriske og magnetiske felt, er den totale Lorentz-kraften lik:

Egenhetene ved bevegelsen til en ladet partikkel i et magnetfelt brukes i massespektrometre - enheter for å måle massene av ladede partikler; partikkelakseleratorer; for termisk isolasjon av plasma i Tokamak-installasjoner.

Algoritme for å løse problemer om virkningen av et magnetisk (og elektrisk) felt på ladede partikler:

• lag en tegning, indiker de magnetiske (og elektriske) feltlinjene på den, tegn vektoren til partikkelens begynnelseshastighet og legg merke til tegnet på ladningen;
• skildre kreftene som virker på en ladet partikkel;
• bestemme typen partikkelbane;
• utvide kreftene som virker på en ladet partikkel langs magnetfeltets retning og i retningen vinkelrett på den;
• utarbeide den grunnleggende ligningen for dynamikken til et materialpunkt for hver av kraftfordelingsretningene;
• uttrykke krefter gjennom mengdene de er avhengige av;
• løse det resulterende likningssystemet for en ukjent mengde;
• sjekk løsningen.

Grunnleggende formler for delen "Magnetisk felt"

For å forstå hva som kjennetegner et magnetfelt, må mange fenomener defineres. Samtidig må du huske på forhånd hvordan og hvorfor det vises. Finn ut hva et kraftfelt er. Det er viktig at et slikt felt ikke bare kan forekomme i magneter. I denne forbindelse ville det ikke skade å nevne egenskapene til jordens magnetfelt.

Fremveksten av feltet

Først må vi beskrive fremveksten av feltet. Deretter kan du beskrive magnetfeltet og dets egenskaper. Det vises under bevegelse av ladede partikler. Kan påvirke spesielt strømførende ledere. Samspillet mellom et magnetfelt og bevegelige ladninger, eller ledere som strøm flyter gjennom, oppstår på grunn av krefter som kalles elektromagnetiske.

Intensiteten eller styrkekarakteristikken til et magnetfelt ved et visst romlig punkt bestemmes ved hjelp av magnetisk induksjon. Sistnevnte er betegnet med symbolet B.

Grafisk fremstilling av feltet

Magnetfeltet og dets egenskaper kan representeres i grafisk form ved bruk av induksjonslinjer. Denne definisjonen refererer til linjer hvis tangenter til enhver tid vil falle sammen med retningen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Disse linjene er inkludert i egenskapene til magnetfeltet og brukes til å bestemme retning og intensitet. Jo høyere intensiteten til magnetfeltet er, jo flere av disse linjene vil bli tegnet.

Hva er magnetiske linjer

Magnetiske linjer i rette strømførende ledere har form av en konsentrisk sirkel, hvis sentrum er plassert på aksen til den gitte lederen. Retningen til magnetiske linjer nær strømførende ledere bestemmes av gimlet-regelen, som høres slik ut: hvis gimlet er plassert slik at den er skrudd inn i lederen i strømmens retning, så er rotasjonsretningen til håndtaket tilsvarer retningen til magnetlinjene.

I en spole med strøm vil retningen til magnetfeltet også bestemmes av gimlet-regelen. Det er også nødvendig å rotere håndtaket i retning av strømmen i solenoidsvingene. Retningen til de magnetiske induksjonslinjene vil tilsvare retningen til translasjonsbevegelsen til gimleten.

Det er hovedkarakteristikken til et magnetfelt.

Laget av en enkelt strøm, under like forhold, vil feltet variere i intensitet i forskjellige medier på grunn av de forskjellige magnetiske egenskapene i disse stoffene. Mediets magnetiske egenskaper er preget av absolutt magnetisk permeabilitet. Det måles i henry per meter (g/m).

Egenskapen til magnetfeltet inkluderer den absolutte magnetiske permeabiliteten til vakuumet, kalt den magnetiske konstanten. Verdien som bestemmer hvor mange ganger den absolutte magnetiske permeabiliteten til mediet vil avvike fra konstanten kalles relativ magnetisk permeabilitet.

Magnetisk permeabilitet av stoffer

Dette er en dimensjonsløs mengde. Stoffer med en permeabilitetsverdi på mindre enn én kalles diamagnetiske. I disse stoffene vil feltet være svakere enn i et vakuum. Disse egenskapene er tilstede i hydrogen, vann, kvarts, sølv, etc.

Medier med en magnetisk permeabilitet som overstiger enhet kalles paramagnetisk. I disse stoffene vil feltet være sterkere enn i et vakuum. Disse miljøene og stoffene inkluderer luft, aluminium, oksygen og platina.

Når det gjelder paramagnetiske og diamagnetiske stoffer, vil verdien av magnetisk permeabilitet ikke avhenge av spenningen til det eksterne, magnetiserende feltet. Dette betyr at mengden er konstant for et bestemt stoff.

En spesiell gruppe inkluderer ferromagneter. For disse stoffene vil den magnetiske permeabiliteten nå flere tusen eller mer. Disse stoffene, som har egenskapen til å magnetiseres og forsterke et magnetfelt, er mye brukt i elektroteknikk.

Feltstyrke

For å bestemme egenskapene til et magnetfelt, kan en verdi kalt magnetisk feltstyrke brukes sammen med den magnetiske induksjonsvektoren. Dette begrepet bestemmer intensiteten til det eksterne magnetfeltet. Retningen til magnetfeltet i et medium med identiske egenskaper i alle retninger, intensitetsvektoren vil falle sammen med den magnetiske induksjonsvektoren i feltpunktet.

De sterke magnetiske egenskapene til ferromagneter forklares av tilstedeværelsen i dem av vilkårlig magnetiserte små deler, som kan representeres i form av små magneter.

Uten magnetfelt kan det hende at et ferromagnetisk stoff ikke har uttalte magnetiske egenskaper, siden feltene til domenene får forskjellige orienteringer, og deres totale magnetiske felt er null.

I henhold til hovedkarakteristikken til magnetfeltet, hvis en ferromagnet er plassert i et eksternt magnetfelt, for eksempel i en spole med strøm, vil domenene under påvirkning av det eksterne feltet snu i retning av det eksterne feltet. Dessuten vil magnetfeltet ved spolen øke, og den magnetiske induksjonen vil øke. Hvis det ytre feltet er svakt nok, vil bare en del av alle domener snu, hvis magnetiske felt er nær retningen til det ytre feltet. Når styrken til det eksterne feltet øker, vil antallet roterte domener øke, og ved en viss verdi av den eksterne feltspenningen vil nesten alle deler roteres slik at magnetfeltene ligger i retning av det eksterne feltet. Denne tilstanden kalles magnetisk metning.

Sammenheng mellom magnetisk induksjon og spenning

Forholdet mellom den magnetiske induksjonen av et ferromagnetisk stoff og den eksterne feltstyrken kan avbildes ved hjelp av en graf som kalles en magnetiseringskurve. På punktet der kurvegrafen bøyer seg, avtar økningshastigheten i magnetisk induksjon. Etter bøying, hvor spenningen når en viss verdi, oppstår metning, og kurven stiger litt, og tar gradvis formen av en rett linje. I dette området vokser induksjonen fortsatt, men ganske sakte og kun på grunn av en økning i den ytre feltstyrken.

Den grafiske avhengigheten til indikatordataene er ikke direkte, noe som betyr at forholdet deres ikke er konstant, og den magnetiske permeabiliteten til materialet er ikke en konstant indikator, men avhenger av det eksterne feltet.

Endringer i materialers magnetiske egenskaper

Når strømstyrken økes til fullstendig metning i en spole med en ferromagnetisk kjerne og deretter reduseres, vil magnetiseringskurven ikke falle sammen med avmagnetiseringskurven. Med null intensitet vil den magnetiske induksjonen ikke ha samme verdi, men vil få en viss indikator kalt restmagnetisk induksjon. Situasjonen der magnetisk induksjon henger etter den magnetiserende kraften kalles hysterese.

For å fullstendig avmagnetisere den ferromagnetiske kjernen i spolen, er det nødvendig å gi en omvendt strøm, som vil skape den nødvendige spenningen. Ulike ferromagnetiske stoffer krever et stykke med forskjellig lengde. Jo større den er, desto større er energimengden som kreves for avmagnetisering. Verdien som fullstendig avmagnetisering av materialet skjer ved kalles tvangskraft.

Med en ytterligere økning av strømmen i spolen vil induksjonen igjen øke til metning, men med en annen retning av magnetlinjene. Ved avmagnetisering i motsatt retning vil gjenværende induksjon oppnås. Fenomenet restmagnetisme brukes når man lager permanente magneter fra stoffer med høy restmagnetismeindeks. Kjerner for elektriske maskiner og enheter er laget av stoffer som har evnen til å remagnetisere.

Venstrehåndsregel

Kraften som påvirker en strømførende leder har en retning som bestemmes av venstrehåndsregelen: når håndflaten til jomfruhånden er plassert på en slik måte at magnetlinjene kommer inn i den, og fire fingre strekkes i retning av strømmen i lederen vil den bøyde tommelen indikere retningen til kraften. Denne kraften er vinkelrett på induksjonsvektoren og strømmen.

En strømførende leder som beveger seg i et magnetfelt regnes som en prototype av en elektrisk motor som endrer elektrisk energi til mekanisk energi.

Høyrehåndsregel

Når en leder beveger seg i et magnetisk felt, induseres en elektromotorisk kraft i den, som har en verdi proporsjonal med den magnetiske induksjonen, lengden på den involverte lederen og hastigheten på dens bevegelse. Denne avhengigheten kalles elektromagnetisk induksjon. Når du bestemmer retningen til den induserte EMF i en leder, brukes regelen for høyre hånd: når høyre hånd er plassert på samme måte som i eksempelet med venstre, kommer magnetlinjene inn i håndflaten, og tommelen indikerer bevegelsesretningen til lederen, forlengede fingre vil indikere retningen til den induserte EMF. En leder som beveger seg i en magnetisk fluks under påvirkning av en ekstern mekanisk kraft er det enkleste eksemplet på en elektrisk generator der mekanisk energi omdannes til elektrisk energi.

Det kan formuleres annerledes: i en lukket sløyfe induseres en EMF; med enhver endring i den magnetiske fluksen som dekkes av denne sløyfen, er EMF i sløyfen numerisk lik endringshastigheten til den magnetiske fluksen som dekker denne sløyfen.

Dette skjemaet gir en gjennomsnittlig EMF-indikator og indikerer avhengigheten av EMF, ikke av den magnetiske fluksen, men av endringshastigheten.

Lenz lov

Du må også huske Lenzs lov: strømmen som induseres når magnetfeltet som passerer gjennom kretsen endres, dets magnetiske felt forhindrer denne endringen. Hvis svingene til en spole penetreres av magnetiske flukser av forskjellige størrelser, er EMF indusert gjennom hele spolen lik summen av EDE i forskjellige svinger. Summen av de magnetiske fluksene til forskjellige svinger av spolen kalles flukskobling. Måleenheten for denne mengden, så vel som for magnetisk fluks, er Weber.

Når den elektriske strømmen i kretsen endres, endres også den magnetiske fluksen den skaper. I dette tilfellet, i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon, induseres en emk inne i lederen. Det vises i forbindelse med en endring i strøm i lederen, derfor kalles dette fenomenet selvinduksjon, og EMF indusert i lederen kalles selvinduksjon EMF.

Flukskobling og magnetisk fluks avhenger ikke bare av strømstyrken, men også av størrelsen og formen til en gitt leder, og den magnetiske permeabiliteten til det omgivende stoffet.

Lederinduktans

Proporsjonalitetsfaktoren kalles induktansen til lederen. Det refererer til en leders evne til å skape flukskobling når elektrisitet passerer gjennom den. Dette er en av hovedparametrene til elektriske kretser. For visse kretser er induktansen en konstant verdi. Det vil avhenge av størrelsen på kretsen, dens konfigurasjon og den magnetiske permeabiliteten til mediet. I dette tilfellet vil strømstyrken i kretsen og den magnetiske fluksen ikke ha betydning.

De ovennevnte definisjonene og fenomenene gir en forklaring på hva et magnetfelt er. Hovedkarakteristikkene til magnetfeltet er også gitt, ved hjelp av hvilket dette fenomenet kan defineres.

Et magnetfelt er et område i rommet der konfigurasjonen av bioner, sendere av alle interaksjoner, representerer en dynamisk, gjensidig konsistent rotasjon.

Virkningsretningen til magnetiske krefter faller sammen med rotasjonsaksen til bionene ved å bruke den rette skrueregelen. Styrkekarakteristikken til magnetfeltet bestemmes av rotasjonsfrekvensen til bionene. Jo høyere rotasjonshastighet, jo sterkere er feltet. Det ville være mer riktig å kalle magnetfeltet elektrodynamisk, siden det bare oppstår når ladede partikler beveger seg, og kun virker på bevegelige ladninger.

La oss forklare hvorfor magnetfeltet er dynamisk. For at et magnetfelt skal oppstå, er det nødvendig for bionene å begynne å rotere, og bare en bevegelig ladning som vil tiltrekke seg en av bionens poler kan få dem til å rotere. Hvis ladningen ikke beveger seg, vil ikke bionen rotere.

Et magnetfelt dannes kun rundt elektriske ladninger som er i bevegelse. Det er derfor de magnetiske og elektriske feltene er integrerte og danner sammen det elektromagnetiske feltet. Komponentene i magnetfeltet er sammenkoblet og påvirker hverandre, og endrer egenskapene deres.

Egenskaper til magnetfelt:

• Et magnetfelt oppstår under påvirkning av drivladninger av elektrisk strøm.
• På et hvilket som helst tidspunkt er et magnetfelt preget av en vektor av en fysisk størrelse kalt magnetisk induksjon, som er en kraft som er karakteristisk for et magnetfelt.
• Et magnetfelt kan bare påvirke magneter, strømførende ledere og bevegelige ladninger.
• Magnetfeltet kan være av konstant og variabel type
• Magnetfeltet måles kun med spesielle instrumenter og kan ikke oppfattes av menneskelige sanser.
• Magnetfeltet er elektrodynamisk, siden det genereres kun ved bevegelse av ladede partikler og påvirker kun ladninger som er i bevegelse.
• Ladede partikler beveger seg langs en vinkelrett bane.

Størrelsen på magnetfeltet avhenger av endringshastigheten til magnetfeltet. I henhold til denne funksjonen er det to typer magnetfelt: dynamisk magnetfelt og gravitasjonsmagnetisk felt. Det gravitasjonsmagnetiske feltet oppstår bare i nærheten av elementærpartikler og dannes avhengig av de strukturelle egenskapene til disse partiklene.

Et magnetisk moment oppstår når et magnetfelt virker på en ledende ramme. Det magnetiske momentet er med andre ord en vektor som er plassert på linjen som går vinkelrett på rammen.

Magnetfeltet kan representeres grafisk ved hjelp av magnetiske feltlinjer. Disse linjene er tegnet i en slik retning at retningen til feltkreftene faller sammen med retningen til selve feltlinjen. Magnetiske kraftlinjer er kontinuerlige og lukkede på samme tid. Retningen til magnetfeltet bestemmes ved hjelp av en magnetisk nål. Kraftlinjene bestemmer også polariteten til magneten, enden med utgangen av kraftlinjene er nordpolen, og enden med inngangen til disse linjene er sørpolen.

La oss sammen forstå hva et magnetfelt er. Tross alt bor mange mennesker i dette feltet hele livet og tenker ikke engang på det. Det er på tide å fikse det!

Et magnetfelt

Et magnetfelt- en spesiell type materie. Det manifesterer seg i handlingen på bevegelige elektriske ladninger og kropper som har sitt eget magnetiske moment (permanente magneter).

Viktig: magnetfeltet påvirker ikke stasjonære ladninger! Et magnetfelt skapes også ved å bevege elektriske ladninger, eller av et tidsvarierende elektrisk felt, eller av de magnetiske momentene til elektroner i atomer. Det vil si at enhver ledning som det går strøm gjennom, også blir en magnet!

Et legeme som har sitt eget magnetfelt.

En magnet har poler kalt nord og sør. Betegnelsene "nord" og "sør" er kun gitt for enkelhets skyld (som "pluss" og "minus" i elektrisitet).

Magnetfeltet er representert ved magnetiske kraftledninger. Kraftlinjene er kontinuerlige og lukkede, og deres retning faller alltid sammen med feltkreftenes virkeretning. Hvis metallspon er spredt rundt en permanent magnet, vil metallpartiklene vise et klart bilde av magnetfeltlinjene som kommer ut av nordpolen og går inn i sørpolen. Grafisk karakteristikk av et magnetfelt - kraftlinjer.

Egenskaper til magnetfeltet

Hovedkarakteristikkene til magnetfeltet er magnetisk induksjon, magnetisk fluks Og magnetisk permeabilitet. Men la oss snakke om alt i rekkefølge.

La oss umiddelbart merke oss at alle måleenheter er gitt i systemet SI.

Magnetisk induksjon B – vektorfysisk mengde, som er hovedkraftkarakteristikken til magnetfeltet. Angitt med bokstaven B . Måleenhet for magnetisk induksjon – Tesla (T).

Magnetisk induksjon viser hvor sterkt feltet er ved å bestemme kraften det utøver på en ladning. Denne kraften kalles Lorentz kraft.

Her q - lade, v - hastigheten i et magnetfelt, B - induksjon, F - Lorentz kraft som feltet virker på ladningen.

F- en fysisk mengde lik produktet av magnetisk induksjon med arealet av kretsen og cosinus mellom induksjonsvektoren og normalen til kretsplanet som fluksen passerer gjennom. Magnetisk fluks er en skalar karakteristikk av et magnetfelt.

Vi kan si at magnetisk fluks karakteriserer antallet magnetiske induksjonslinjer som penetrerer en enhetsareal. Magnetisk fluks måles i Weberach (Wb).

Magnetisk permeabilitet– koeffisient som bestemmer mediets magnetiske egenskaper. En av parameterne som den magnetiske induksjonen av et felt avhenger av er magnetisk permeabilitet.

Planeten vår har vært en stor magnet i flere milliarder år. Induksjonen av jordens magnetfelt varierer avhengig av koordinatene. Ved ekvator er det omtrent 3,1 ganger 10 til Teslas minus femte potens. I tillegg er det magnetiske anomalier hvor verdien og retningen til feltet skiller seg vesentlig fra nærliggende områder. Noen av de største magnetiske anomaliene på planeten - Kursk Og Brasilianske magnetiske anomalier.

Opprinnelsen til jordens magnetfelt er fortsatt et mysterium for forskere. Det antas at kilden til feltet er den flytende metallkjernen på jorden. Kjernen beveger seg, noe som betyr at den smeltede jern-nikkel-legeringen beveger seg, og bevegelsen av ladede partikler er den elektriske strømmen som genererer magnetfeltet. Problemet er at denne teorien ( geodynamo) forklarer ikke hvordan feltet holdes stabilt.

Jorden er en enorm magnetisk dipol. De magnetiske polene faller ikke sammen med de geografiske, selv om de er i umiddelbar nærhet. Dessuten beveger jordens magnetiske poler seg. Deres forskyvning har blitt registrert siden 1885. For eksempel, i løpet av de siste hundre årene har den magnetiske polen på den sørlige halvkule forskjøvet seg nesten 900 kilometer og befinner seg nå i Sørishavet. Polen på den arktiske halvkule beveger seg gjennom Polhavet til den østsibirske magnetiske anomalien; dens bevegelseshastighet (ifølge data fra 2004) var omtrent 60 kilometer per år. Nå er det en akselerasjon av bevegelsene til stolpene - i gjennomsnitt øker hastigheten med 3 kilometer per år.

Hvilken betydning har jordas magnetfelt for oss? Først av alt beskytter jordens magnetfelt planeten mot kosmiske stråler og solvind. Ladede partikler fra det dype rom faller ikke direkte til bakken, men avledes av en gigantisk magnet og beveger seg langs kraftlinjene. Dermed er alle levende ting beskyttet mot skadelig stråling.

Flere hendelser har skjedd i løpet av jordens historie. inversjoner(endringer) av magnetiske poler. Polinversjon– det er da de bytter plass. Sist gang dette fenomenet skjedde var for rundt 800 tusen år siden, og totalt var det mer enn 400 geomagnetiske inversjoner i jordens historie.Noen forskere mener at, gitt den observerte akselerasjonen av bevegelsen til de magnetiske polene, den neste polen inversjon bør forventes i løpet av de neste par tusen årene.

Heldigvis er det ennå ikke ventet et polskifte i vårt århundre. Dette betyr at du kan tenke på hyggelige ting og nyte livet i det gode, gamle konstante feltet på jorden, etter å ha vurdert de grunnleggende egenskapene og egenskapene til magnetfeltet. Og slik at du kan gjøre dette, er det våre forfattere, som du trygt kan betro noen av pedagogiske problemer med tillit! og andre typer arbeid kan du bestille ved å bruke lenken.

Akkurat som en stasjonær elektrisk ladning virker på en annen ladning gjennom et elektrisk felt, virker en elektrisk strøm på en annen strøm gjennom magnetfelt. Effekten av et magnetfelt på permanente magneter reduseres til dens effekt på ladninger som beveger seg i atomene til et stoff og skaper mikroskopiske sirkulære strømmer.

Læren om elektromagnetisme basert på to bestemmelser:

• magnetfeltet virker på bevegelige ladninger og strømmer;
• et magnetfelt oppstår rundt strømmer og bevegelige ladninger.

Magnetinteraksjon

Permanent magnet(eller magnetisk nål) er orientert langs jordens magnetiske meridian. Enden som peker nordover kalles Nordpolen(N), og den motsatte enden er sydpol(S). Ved å bringe to magneter nærmere hverandre, legger vi merke til at deres like poler frastøter, og deres ulikt poler tiltrekker seg ( ris. 1 ).

Hvis vi skiller polene ved å kutte en permanent magnet i to deler, vil vi finne at hver av dem også vil ha to stolper, dvs. vil være en permanent magnet ( ris. 2 ). Begge polene - nord og sør - er uatskillelige fra hverandre og har like rettigheter.

Magnetfeltet skapt av jorden eller permanente magneter er representert, som et elektrisk felt, av magnetiske kraftlinjer. Et bilde av magnetfeltlinjene til en magnet kan fås ved å legge et papirark over den, hvorpå jernspon drysses i et jevnt lag. Når det utsettes for et magnetfelt, blir sagflisen magnetisert - hver av dem har nord- og sørpoler. De motsatte polene har en tendens til å bevege seg nærmere hverandre, men dette forhindres av friksjonen av sagflis på papiret. Hvis du banker på papiret med fingeren, vil friksjonen avta og spånene vil bli tiltrukket av hverandre, og danner kjeder som viser magnetiske feltlinjer.

På ris. 3 viser plasseringen av sagflis og små magnetiske piler i feltet til en direkte magnet, som indikerer retningen til magnetfeltlinjene. Denne retningen er tatt for å være retningen til nordpolen til den magnetiske nålen.

Ørsteds erfaring. Magnetfelt for strøm

På begynnelsen av 1800-tallet. dansk vitenskapsmann Ørsted gjorde en viktig oppdagelse da han oppdaget virkning av elektrisk strøm på permanente magneter . Han plasserte en lang ledning nær en magnetisk nål. Når strøm ble ført gjennom ledningen, roterte pilen og prøvde å plassere seg vinkelrett på den ( ris. 4 ). Dette kan forklares med fremveksten av et magnetisk felt rundt lederen.

De magnetiske feltlinjene skapt av en rett leder som fører strøm er konsentriske sirkler plassert i et plan vinkelrett på den, med sentre ved punktet som strømmen passerer ( ris. 5 ). Retningen til linjene bestemmes av riktig skrueregel:

Hvis skruen dreies i retning av feltlinjene, vil den bevege seg i retning av strømmen i lederen .

Styrkekarakteristikken til magnetfeltet er magnetisk induksjonsvektor B . Ved hvert punkt er den rettet tangentielt til feltlinjen. Elektriske feltlinjer begynner på positive ladninger og slutter på negative, og kraften som virker på ladningen i dette feltet er rettet tangentielt til linjen i hvert punkt. I motsetning til det elektriske feltet er magnetfeltlinjene lukket, noe som skyldes fraværet av "magnetiske ladninger" i naturen.

Det magnetiske feltet til en strøm er fundamentalt ikke forskjellig fra feltet som skapes av en permanent magnet. I denne forstand er en analog av en flat magnet en lang solenoid - en trådspole, hvis lengde er betydelig større enn dens diameter. Diagrammet over linjene i magnetfeltet skapt av ham, vist i ris. 6 , er lik den for en flat magnet ( ris. 3 ). Sirklene indikerer tverrsnittene til ledningen som danner solenoidviklingen. Strømmer som går gjennom ledningen bort fra observatøren er indikert med kryss, og strømmer i motsatt retning - mot observatøren - er indikert med prikker. De samme notasjonene er akseptert for magnetiske feltlinjer når de er vinkelrett på tegneplanet ( ris. 7 a, b).

Strømretningen i solenoidviklingen og retningen til magnetfeltlinjene inne i den er også relatert til regelen for høyre skrue, som i dette tilfellet er formulert som følger:

Hvis du ser langs solenoidens akse, skaper strømmen som flyter med klokken et magnetfelt i den, hvis retning faller sammen med bevegelsesretningen til høyre skrue ( ris. 8 )

Basert på denne regelen er det lett å forstå at solenoiden vist i ris. 6 , nordpolen er dens høyre ende, og sørpolen er dens venstre.

Magnetfeltet inne i solenoiden er ensartet - den magnetiske induksjonsvektoren har en konstant verdi der (B = const). I denne forbindelse ligner solenoiden på en kondensator med parallellplater, innenfor hvilken det dannes et jevnt elektrisk felt.

Kraft som virker i et magnetfelt på en strømførende leder

Det ble eksperimentelt fastslått at en kraft virker på en strømførende leder i et magnetfelt. I et jevnt felt opplever en rett leder med lengde l, gjennom hvilken en strøm I flyter, plassert vinkelrett på feltvektoren B, kraften: F = I l B .

Kraftens retning bestemmes venstrehåndsregel:

Hvis de fire utstrakte fingrene på venstre hånd er plassert i retning av strømmen i lederen, og håndflaten er vinkelrett på vektor B, vil den utvidede tommelen indikere retningen til kraften som virker på lederen (ris. 9 ).

Det skal bemerkes at kraften som virker på en leder med strøm i et magnetfelt ikke er rettet tangentielt til kraftlinjene, som en elektrisk kraft, men vinkelrett på dem. En leder plassert langs kraftlinjene påvirkes ikke av magnetisk kraft.

Ligningen F = IlB lar deg gi en kvantitativ karakteristikk av magnetfeltinduksjonen.

Holdning er ikke avhengig av lederens egenskaper og karakteriserer selve magnetfeltet.

Størrelsen på den magnetiske induksjonsvektoren B er numerisk lik kraften som virker på en leder med lengdeenhet plassert vinkelrett på den, gjennom hvilken en strøm på en ampere flyter.

I SI-systemet er enheten for magnetfeltinduksjon teslaen (T):

Et magnetfelt. Tabeller, diagrammer, formler

(Interaksjon av magneter, Oersteds eksperiment, magnetisk induksjonsvektor, vektorretning, superposisjonsprinsipp. Grafisk representasjon av magnetiske felt, magnetiske induksjonslinjer. Magnetisk fluks, energikarakteristisk for feltet. Magnetiske krefter, Amperekraft, Lorentzkraft. Bevegelse av ladede partikler i et magnetfelt. Magnetiske egenskaper til materie, Amperes hypotese)