Mis on magnetväli. Magnetväli ja selle omadused - loeng

Põllu päritolu ja selle omaduste mõistmiseks on vaja mõista paljusid loodusnähtusi. Lihtsamalt öeldes on see nähtus magnetite loodud aine erivorm. Lisaks võivad magnetvälja allikad olla releed, voolugeneraatorid, elektrimootorid jne.

Natuke ajalugu

Enne ajalukku süvitsi minekut tasub teada magnetvälja definitsiooni: MF on jõuväli, mis mõjub liikuvatele elektrilaengutele ja kehadele. Mis puudutab magnetismi fenomeni, siis see ulatub sügavasse minevikku, Väike-Aasia tsivilisatsioonide hiilgeaega. Just nende territooriumilt Magneesiast leiti kivid, mis tõmbasid üksteise poole. Need said nime piirkonna järgi, kust nad tekkisid.

Kindlasti on raske öelda, kes avastas magnetvälja mõiste.. Kuid 19. sajandi alguses tegi H. Oersted katse ja leidis, et kui magnetnõel asetada juhi lähedusse ja sellest läbi voolab vool, hakkab nool kõrvale kalduma. Kui võtta vooluga kaader, siis mõjub selle väljale väline väli.

Kaasaegsete võimaluste osas võivad erinevate toodete valmistamisel kasutatavad magnetid mõjutada elektrooniliste südamestimulaatorite ja muude kardioloogia seadmete tööd.

Tavalised raud- ja ferriitmagnetid ei põhjusta peaaegu mingeid probleeme, kuna neid iseloomustab väike jõud. Kuid suhteliselt hiljuti on ilmunud tugevamad magnetid - neodüümi, boori ja raua sulamid. Nad on säravhõbedased ja nende väli on väga tugev. Neid kasutatakse järgmistes tööstusharudes:

• Õmblemine.
• Toit.
• Tööpink.
• Ruum jne.

Mõiste määratlus ja graafiline kuva

Hobuseraua kujul olevatel magnetitel on kaks otsa - kaks poolust. Just nendes kohtades ilmnevad kõige silmatorkavamad ligitõmbavad omadused. Kui magnet on nööri küljes riputatud, on üks ots alati suunatud põhja poole. Kompass põhineb sellel põhimõttel.

Magnetpoolused võivad üksteisega suhelda: sarnased tõrjuvad, erinevalt poolused tõmbavad. Nende magnetite ümber tekib vastav väli, mis on sarnane elektriväljaga. Tasub mainida, et inimese meeltega on võimatu magnetvälja määrata.

Magnetväli ja selle omadused kuvatakse sageli graafikute kujul, kasutades induktsioonjooni. Mõiste tähendab, et on sirgeid, mille puutujad koonduvad magnetilise induktsiooni vektoriga. See parameeter koosneb MP omadustest ja on selle võimsuse ja suuna määrav tegur.

Kui väli on superintensiivne, siis tuleb ridu palju rohkem.

Magnetvälja mõiste kujutise kujul:

Elektrivooluga sirgetel juhtidel on jooned kontsentrilise ringi kujul. Nende keskosa asetatakse juhi keskjoonele. Magnetjooned on suunatud kerereegli järgi: lõikeelement keeratakse sisse nii, et see on suunatud voolu suunas, käepide aga joonte suunas.

Väljal, mis on loodud ühest allikast, võib erinevates keskkondades olla erinev võimsus. Kõik tänu kandja magnetilistele parameetritele ja täpsemalt absoluutsele magnetilisele läbilaskvusele, mida mõõdetakse Henrys meetri kohta (g / m). Muud väljaparameetrid on magnetkonstant – vaakumi koguläbilaskvus ja suhteline konstant.

Läbilaskvus, pinge ja induktsioon

Läbilaskvus on mõõtmeteta väärtus. Kandjaid, mille läbilaskvus on väiksem kui üks, nimetatakse diamagnetilisteks. Nendes pole väli võimsam kui vaakumis. Nende elementide hulka kuuluvad vesi, sool, vismut, vesinik. Aineid, mille läbilaskvus on suurem kui ühtsus, nimetatakse paramagnetilisteks. Need sisaldavad:

• Õhk.
• Liitium.
• Magneesium.
• Naatrium.

Diamagnetite ja paramagnetite magnetilise läbilaskvuse indeks ei sõltu sellisest tegurist nagu välisvälja pinge. Lihtsamalt öeldes on see väärtus konkreetse keskkonna jaoks konstantne.

Ferromagnetid liigitatakse eraldi rühma. Nende magnetiline läbilaskvus võib olla võrdne mitme tuhande märgiga. Sellised ained on võimelised aktiivselt magnetiseerima ja välja suurendama. Ferromagneteid kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas.

Spetsialistid kujutavad välisvälja tugevuse ja ferromagnetite magnetilise induktsiooni vahelist seost magnetiseerimiskõvera ehk graafikute abil. Kohtades, kus kõvera graafik paindub, väheneb induktsiooni suurenemise kiirus. Pärast kurvi, kui teatud indikaator on saavutatud, ilmub küllastus ja kõver tõuseb veidi, lähenedes sirgjoone väärtustele. Selles kohas on induktsioon suurenenud, kuid pigem väike. Kokkuvõttes võib öelda, et pinge ja induktsiooni seose graafik on muutuv subjekt ja elemendi läbitavus sõltub välisväljast.

Välja tugevus

Teine oluline MF omadus on intensiivsus, mida kasutatakse koos induktsioonivektoriga. See määratlus on vektori parameeter. See määrab välise välja intensiivsuse. Ferromagnetite võimsad väljad on seletatavad väikeste elementide olemasoluga neis, mis näivad olevat väikesed magnetid.

Kui ferromagnetilisel komponendil pole magnetvälja, siis ei pruugi sellel olla magnetilisi omadusi, kuna domeenide väljad on erineva orientatsiooniga. Arvestades omadusi, on võimalik paigutada ferromagnet välisesse MF-i, näiteks vooluga mähisesse, mille käigus domeenid muudavad oma asukohta välja suunas. Aga kui väline MF on liiga nõrk, siis ainult väike hulk selle lähedal olevaid domeene läheb ümber.

Välise välja tugevuse kasvades hakkab üha rohkem domeene selle suunas pöörduma. Niipea kui kõik domeenid pöörlevad, ilmub uus määratlus - magnetiline küllastus.

välja muutused

Magnetiseerimiskõver ei koondu demagnetiseerimiskõveraga hetkel, kui vool suureneb ferromagnetiga mähises küllastuseni. Teine juhtub nullpingega, st magnetiline induktsioon sisaldab muid indikaatoreid, mida nimetatakse jääk-induktsiooniks. Kui induktsioon jääb magnetiseerimisjõust maha, nimetatakse seda hüstereesiks.

Selleks, et saavutada mähise ferromagneti südamiku absoluutne demagnetiseerimine, on vaja anda vool vastupidises suunas, luues seeläbi soovitud pinge.

Erinevad ferromagnetilised elemendid vajavad erinevat pikkust. Mida suurem selline segment, seda rohkem energiat on vaja demagnetiseerimiseks. Kui komponent on täielikult demagnetiseeritud, jõuab see olekusse, mida nimetatakse sunnijõuks.

Kui jätkame voolu suurendamist mähises, siis ühel hetkel jõuab induktsioon taas küllastusseisundisse, kuid joonte erineva asukohaga. Demagnetiseerimisel teises suunas ilmub jääkinduktsioon. See võib olla kasulik püsimagneti tootmisel. Masinaehituses kasutatakse osi, millel on hea ümbermagnetiseerimisvõime.

Lenzi reeglid, vasak ja parem käsi

Vasaku käe seaduse järgi saate hõlpsalt teada voolu suuna. Seega, kui kätt sättides lastakse peopessa magnetjooned ja 4 sõrme osutavad juhis oleva voolu suunale, näitab pöial jõu suunda. Selline jõud on suunatud voolu ja induktsioonivektoriga risti.

MP-s liikuvat juhti nimetatakse elektrimootori prototüübiks, kui elekter muudetakse mehaaniliseks energiaks. Kui juht liigub MP-s, tekib selle sees elektromotoorjõud, millel on induktsiooni, kasutatava pikkuse ja liikumiskiirusega võrdelised indikaatorid. Seda suhet nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks.

EMF-i suuna määramiseks kasutatakse parema käe reeglit: see on samuti paigutatud nii, et jooned tungivad peopessa, samal ajal kui sõrmed näitavad, kuhu indutseeritud EMF on suunatud, ja pöial suunab juhi liikuma. Juhti, mis liigub MP-s mehaanilise jõu mõjul, peetakse elektrigeneraatori lihtsustatud versiooniks, kus mehaaniline energia muundatakse elektrienergiaks.

Magneti sisestamisel mähisesse suureneb ahelas magnetvoog ja indutseeritud voolu mõjul tekkiv MF on suunatud magnetvoo suurenemise vastu. Suuna määramiseks peate magnetit vaatama põhjaväljast.

Kui juht suudab elektrivoolu läbimisel tekitada voolude sidusust, siis nimetatakse seda juhi induktiivsuseks. See omadus viitab peamistele, kui mainitakse elektriahelaid.

Maa väli

Planeet Maa ise on üks suur magnet. Seda ümbritseb sfäär, milles domineerivad magnetjõud. Suur osa teadlastest väidab, et Maa magnetväli tekkis tuuma tõttu. Sellel on vedel kest ja tahke sisemine koostis. Kuna planeet pöörleb, tekivad vedelas osas lõputud voolud ja elektrilaengute liikumine loob planeedi ümber välja, mis toimib kaitsebarjäärina näiteks päikesetuule kahjulike kosmiliste osakeste eest. Väli muudab osakeste suunda, saates need mööda jooni.

Maad nimetatakse magnetdipooliks. Lõunapoolus asub geograafilises põhjas ja põhja MP, vastupidi, lõuna geograafilises osas. Tegelikkuses ei lange poolused mitte ainult asukoha poolest kokku. Fakt on see, et magnettelg kaldub planeedi pöörlemistelje suhtes 11,6 kraadi. Sellise väikese erinevuse tõttu on võimalik kasutada kompassi. Seadme nool osutab täpselt lõuna magnetpoolusele ja veidi moonutatud - põhja geograafilisele. Kui kompass oleks eksisteerinud 730 000 aastat tagasi, osutaks see nii magnetilisele kui ka tavalisele põhjapoolusele.

Eelmisel sajandil on erinevad teadlased esitanud Maa magnetvälja kohta mitmeid oletusi. Neist ühe järgi tekib väli planeedi ümber oma telje pöörlemise tulemusena.

See põhineb uudishimulikul Barnet-Einsteini efektil, mis seisneb selles, et kui mis tahes keha pöörleb, tekib magnetväli. Selle efektiga aatomitel on oma magnetmoment, kuna nad pöörlevad ümber oma telje. Nii ilmub Maa magnetväli. See hüpotees ei pidanud aga eksperimentaalsetele katsetele vastu. Selgus, et sellisel mittetriviaalsel viisil saadud magnetväli on tegelikust mitu miljonit korda nõrgem.

Teine hüpotees põhineb magnetvälja ilmnemisel, mis on tingitud laetud osakeste (elektronide) ringliikumisest planeedi pinnal. Ka tema oli ebapädev. Elektronide liikumine võib põhjustada väga nõrga välja ilmnemist, pealegi ei seleta see hüpotees Maa magnetvälja pöördumist. On teada, et põhja magnetpoolus ei lange kokku põhja geograafilise poolusega.

Päikesetuule ja mantlihoovused

Maa ja teiste Päikesesüsteemi planeetide magnetvälja moodustumise mehhanism pole täielikult mõistetav ja on seni teadlaste jaoks mõistatus. Üks välja pakutud hüpotees selgitab aga päris hästi reaalse välja induktsiooni inversiooni ja suurusjärku. See põhineb Maa sisevoolude ja päikesetuule tööl.

Väga hea juhtivusega ainetest koosnevas vahevöös voolavad Maa sisevoolud. Tuum on praegune allikas. Energia kantakse tuumast maapinnale konvektsiooni teel. Seega toimub vahevöös aine pidev liikumine, mis laetud osakeste üldtuntud liikumisseaduse järgi moodustab magnetvälja. Kui seostada selle välimust ainult sisevooludega, siis selgub, et kõik planeedid, mille pöörlemissuund langeb kokku Maa pöörlemissuunaga, peab omama identset magnetvälja. Siiski ei ole. Jupiteri geograafiline põhjapoolus langeb kokku põhjamagnetilise poolusega.

Maa magnetvälja tekkes ei osale mitte ainult sisemised voolud. On juba ammu teada, et see reageerib päikesetuulele, kõrge energiaga osakeste voolule, mis tuleb Päikeselt selle pinnal toimuvate reaktsioonide tulemusena.

Päikesetuul on oma olemuselt elektrivool (laetud osakeste liikumine). Maa pöörlemisest haaratuna tekitab see ringvoolu, mis viib Maa magnetvälja ilmumiseni.

Nii nagu puhkeolekus olev elektrilaeng mõjutab elektrivälja kaudu teist laengut, toimib elektrivool teisele läbivale voolule magnetväli. Magnetvälja toime püsimagnetitele taandub selle toimele laengutele, mis liiguvad aine aatomites ja tekitavad mikroskoopilisi ringvoolusid.

Õpetus elektromagnetism põhineb kahel eeldusel:

• magnetväli mõjub liikuvatele laengutele ja vooludele;
• voolude ja liikuvate laengute ümber tekib magnetväli.

Magnetite koostoime

Püsimagnet(või magnetnõel) on orienteeritud piki Maa magnetmeridiaani. Põhja suunatud otsa nimetatakse põhjapoolus(N) ja vastasots on lõunapoolus(S). Lähenedes kahele magnetile üksteisele, märkame, et nende sarnased poolused tõrjuvad ja vastupidised poolused tõmbavad ( riis. üks ).

Kui eraldame poolused, lõigates püsimagneti kaheks osaks, siis leiame, et mõlemal on ka kaks poolust, st saab olema püsimagnet ( riis. 2 ). Mõlemad poolused – põhja- ja lõunapoolused – on üksteisest lahutamatud, võrdsed.

Maa või püsimagnetite tekitatud magnetvälja on sarnaselt elektriväljaga kujutatud magnetiliste jõujoontega. Suvalise magneti magnetvälja joontest saab pildi, kui asetada sellele paberileht, millele valatakse ühtlase kihina rauaviilud. Magnetvälja sattudes magnetiseerub saepuru - igaühel neist on põhja- ja lõunapoolus. Vastaspoolused kipuvad üksteisele lähenema, kuid seda takistab saepuru hõõrdumine paberile. Kui koputate paberit sõrmega, siis hõõrdumine väheneb ja viilud tõmbuvad üksteise poole, moodustades magnetvälja jooni kujutavaid kette.

peal riis. 3 näitab saepuru otsemagneti ja väikeste magnetnoolte asukohta väljas, mis näitavad magnetvälja joonte suunda. Selle suuna jaoks võetakse magnetnõela põhjapooluse suund.

Oerstedi kogemus. Magnetvälja vool

XIX sajandi alguses. Taani teadlane Oersted avastades tegi olulise avastuse elektrivoolu toime püsimagnetitele . Ta asetas magnetnõela lähedusse pika traadi. Kui vool juhiti läbi juhtme, pöördus nool, püüdes olla sellega risti ( riis. neli ). Seda võib seletada magnetvälja ilmumisega juhi ümber.

Vooluga otsejuhi tekitatud välja magnetilised jõujooned on kontsentrilised ringid, mis asuvad sellega risti asetseval tasapinnal ja mille keskpunktid on punktis, mida vool läbib ( riis. 5 ). Joonte suund määratakse parempoolse kruvi reegli järgi:

Kui kruvi pöörata väljajoonte suunas, liigub see juhis oleva voolu suunas .

Magnetväljale iseloomulik jõud on magnetinduktsiooni vektor B . Igas punktis on see suunatud tangentsiaalselt väljajoonele. Elektrivälja jõujooned algavad positiivsetel ja lõpevad negatiivsetel ning selles väljas laengule mõjuv jõud on suunatud joonele tangentsiaalselt igas selle punktis. Erinevalt elektriväljast on magnetvälja jooned suletud, mis on tingitud "magnetlaengute" puudumisest looduses.

Voolu magnetväli ei erine põhimõtteliselt püsimagneti tekitatud väljast. Selles mõttes on lamemagneti analoogiks pikk solenoid - traadi mähis, mille pikkus on palju suurem kui selle läbimõõt. Tema loodud magnetvälja joonte skeem, mis on kujutatud riis. 6 , sarnane lameda magnetiga ( riis. 3 ). Ringid tähistavad solenoidi mähise moodustavaid traadi lõike. Vaatlejast läbi juhtme voolavad voolud on tähistatud ristidega ja vastassuunalised - vaatleja poole - voolud on tähistatud punktidega. Samad tähised on aktsepteeritud magnetvälja joonte jaoks, kui need on joonise tasapinnaga risti ( riis. 7 a, b).

Voolu suund solenoidmähises ja selle sees olevate magnetvälja joonte suund on samuti seotud parempoolse kruvireegliga, mis antud juhul on sõnastatud järgmiselt:

Kui vaadata mööda solenoidi telge, siis päripäeva liikuv vool tekitab selles magnetvälja, mille suund langeb kokku parempoolse kruvi liikumissuunaga ( riis. kaheksa )

Selle reegli põhjal on lihtne aru saada, et joonisel näidatud solenoid riis. 6 , selle parem ots on põhjapoolus ja vasak ots lõunapoolus.

Magnetväli solenoidi sees on homogeenne - magnetilise induktsiooni vektoril on seal konstantne väärtus (B = const). Selles suhtes sarnaneb solenoid lamekondensaatoriga, mille sees tekib ühtlane elektriväli.

Vooluga juhile magnetväljas mõjuv jõud

Katseliselt tehti kindlaks, et magnetväljas voolu juhtivale juhile mõjub jõud. Ühtlases väljas mõjub väljavektoriga B risti paiknev sirgjooneline juht pikkusega l, mille kaudu voolab vool I, jõudu: F = I l B .

Jõu suund määratakse vasaku käe reegel:

Kui vasaku käe neli väljasirutatud sõrme on asetatud juhis oleva voolu suunas ja peopesa on vektoriga B risti, näitab sissetõmmatud pöial juhile mõjuva jõu suunda. (riis. 9 ).

Tuleb märkida, et magnetväljas vooluga juhile mõjuv jõud ei ole suunatud tema jõujoontele tangentsiaalselt, nagu elektrijõud, vaid nendega risti. Mööda jõujoont paiknevat juhti magnetjõud ei mõjuta.

Võrrand F = IlB võimaldab anda magnetvälja induktsiooni kvantitatiivse karakteristiku.

Suhtumine ei sõltu juhi omadustest ja iseloomustab magnetvälja ennast.

Magnetilise induktsiooni vektori B moodul on arvuliselt võrdne sellega risti paiknevale ühikupikkusele juhile mõjuva jõuga, mida läbib üheamprine vool.

SI-süsteemis on magnetvälja induktsiooni ühikuks tesla (T):

Magnetväli. Tabelid, diagrammid, valemid

(Magnettide interaktsioon, Oerstedi eksperiment, magnetinduktsiooni vektor, vektori suund, superpositsiooniprintsiip. Magnetväljade graafiline kujutamine, magnetinduktsiooni jooned. Magnetvoog, väljale iseloomulik energia. Magnetjõud, Amperjõud, Lorentzi jõud. Laetud osakeste liikumine magnetväljas. Aine magnetilised omadused, Ampère'i hüpotees)

Magnetväli- see on materiaalne keskkond, mille kaudu toimub voolu- või liikuvate laengutega juhtide interaktsioon.

Magnetvälja omadused:

Magnetvälja omadused:

Magnetvälja uurimiseks kasutatakse vooluga testahelat. See on väike ja selles olev vool on palju väiksem kui magnetvälja tekitava juhi vool. Magnetväljapoolse vooluga vooluahela vastaskülgedel toimivad jõud, mis on suurusjärgus võrdsed, kuid on suunatud vastassuundadesse, kuna jõu suund sõltub voolu suunast. Nende jõudude rakenduspunktid ei asu ühel sirgel. Selliseid jõude nimetatakse paar jõudu. Paari jõu mõjul ei saa kontuur edasi liikuda, see pöörleb ümber oma telje. Iseloomustab pöörlevat tegevust pöördemoment.

, kus l–jõupaari käsi(jõudude rakenduspunktide vaheline kaugus).

Voolu suurenemisega katseahelas või vooluringi piirkonnas suureneb jõupaari moment proportsionaalselt. Voolu juhtivale vooluringile mõjuvate jõudude maksimaalse momendi suhe voolutugevuse ja vooluringi pindalaga on välja antud punkti konstantne väärtus. Seda nimetatakse magnetiline induktsioon.

, kus
-magnetmoment vooluahelad.

mõõtühik magnetiline induktsioon - Tesla [T].

Ahela magnetmoment- vektori suurus, mille suund sõltub voolu suunast vooluringis ja on määratud parem kruvi reegel: suru parem käsi rusikasse, näita neli sõrme vooluringis oleva voolu suunas, siis näitab pöial magnetmomendi vektori suunda. Magnetmomendi vektor on alati kontuuri tasapinnaga risti.

Per magnetilise induktsiooni vektori suund võta magnetväljale orienteeritud ahela magnetmomendi vektori suund.

Magnetilise induktsiooni joon- sirge, mille puutuja igas punktis langeb kokku magnetinduktsiooni vektori suunaga. Magnetilise induktsiooni jooned on alati suletud, mitte kunagi ristuvad. Sirgejuhi magnetinduktsiooni jooned vooluga on ringikujulised, mis paiknevad juhiga risti asetseval tasapinnal. Magnetinduktsiooni joonte suund määratakse parempoolse kruvi reegliga. Ringvoolu magnetilise induktsiooni jooned(vooluga mähis) on samuti ringikujulised. Iga pooli element on pikk
võib pidada sirgeks juhiks, mis loob oma magnetvälja. Magnetväljade puhul on täidetud superpositsiooni (sõltumatu liitmise) põhimõte. Ringvoolu magnetilise induktsiooni koguvektor määratakse nende väljade liitmise tulemusena mähise keskel vastavalt parempoolse kruvi reeglile.

Kui magnetilise induktsiooni vektori suurus ja suund on igas ruumipunktis samad, siis magnetvälja nn. homogeenne. Kui magnetinduktsiooni vektori suurus ja suund igas punktis ajas ei muutu, siis sellist välja nimetatakse püsiv.

Väärtus magnetiline induktsioon mis tahes välja punktis on otseselt võrdeline välja tekitava juhi voolutugevusega, on pöördvõrdeline kaugusega juhist välja antud punktini, sõltub keskkonna omadustest ja väljakujundi kujust. dirigent, kes loob välja.

, kus
ON 2; H/m on vaakumi magnetkonstant,

-kandja suhteline magnetiline läbilaskvus,

-keskkonna absoluutne magnetiline läbilaskvus.

Sõltuvalt magnetilise läbilaskvuse suurusest jagatakse kõik ained kolme klassi:

Keskkonna absoluutse läbilaskvuse suurenemisega suureneb ka magnetiline induktsioon välja antud punktis. Magnetinduktsiooni ja keskkonna absoluutse magnetilise läbilaskvuse suhe on polü antud punkti konstantne väärtus, e nimetatakse pinget.

.

Pinge- ja magnetinduktsiooni vektorid langevad suunalt kokku. Magnetvälja tugevus ei sõltu keskkonna omadustest.

Võimendi võimsus- jõud, millega magnetväli vooluga juhile mõjub.

Kus l- juhi pikkus, - nurk magnetinduktsiooni vektori ja voolu suuna vahel.

Amperjõu suuna määrab vasaku käe reegel: vasak käsi on paigutatud nii, et magnetilise induktsiooni vektori komponent, mis on risti juhiga, siseneb peopessa, suunake neli väljasirutatud sõrme piki voolu, siis 90 0 võrra painutatud pöial näitab amprijõu suunda.

Amperjõu mõju tulemuseks on juhi liikumine etteantud suunas.

E kui = 90 0 , siis F=max, kui = 0 0, siis F = 0.

Lorentzi jõud- magnetvälja jõud liikuvale laengule.

, kus q on laeng, v on selle liikumise kiirus, - nurk pinge- ja kiirusvektorite vahel.

Lorentzi jõud on alati risti magnetinduktsiooni ja kiiruse vektoritega. Suuna määrab vasaku käe reegel(sõrmed - positiivse laengu liikumisel). Kui osakeste kiiruse suund on risti ühtlase magnetvälja magnetilise induktsiooni joontega, siis osake liigub ringikujuliselt ilma kineetilist energiat muutmata.

Kuna Lorentzi jõu suund sõltub laengu märgist, kasutatakse seda laengute eraldamiseks.

magnetvoog- väärtus, mis võrdub magnetilise induktsiooni joonte arvuga, mis läbivad mis tahes ala, mis on risti magnetinduktsiooni joontega.

, kus - nurk magnetinduktsiooni ja normaalnurga vahel (risti) alaga S.

mõõtühik– Weber [Wb].

Magnetvoo mõõtmise meetodid:

Saidi orientatsiooni muutmine magnetväljas (nurga muutmine)

Magnetvälja asetatud kontuuri pindala muutus

Magnetvälja tekitava voolu tugevuse muutmine

Kontuuri kauguse muutmine magnetvälja allikast

Söötme magnetiliste omaduste muutumine.

F Araday registreeris elektrivoolu ahelas, mis ei sisaldanud allikat, kuid asus teise allikat sisaldava vooluringi kõrval. Veelgi enam, primaarahelas tekkis vool järgmistel juhtudel: voolutugevuse mis tahes muutumisel vooluringis A, ahelate suhtelise liikumise korral, raudvarda sisestamisel ahelasse A, püsimagneti liikumisel ahela A suhtes. ahel B. Vabade laengute (voolu) suunatud liikumine toimub ainult elektriväljas. See tähendab, et muutuv magnetväli tekitab elektrivälja, mis paneb liikuma juhi vabad laengud. Seda elektrivälja nimetatakse indutseeritud või pööris.

Erinevused keerise elektrivälja ja elektrostaatilise välja vahel:

Pöörisevälja allikaks on muutuv magnetväli.

Pöörise väljatugevuse jooned on suletud.

Selle välja poolt tehtud töö laengu liigutamiseks suletud ahelas ei ole võrdne nulliga.

Pöörisväljale iseloomulik energia ei ole potentsiaal, vaid EMF-i induktsioon- väärtus, mis võrdub välisjõudude (mitteelektrostaatilise päritoluga jõudude) tööga laenguühiku liigutamisel mööda suletud ahelat.

.Mõõdetud voltides[AT].

Pööriselektriväli tekib magnetvälja mis tahes muutumisel, olenemata sellest, kas juhtiv suletud ahel on olemas või mitte. Kontuur võimaldab tuvastada ainult keerise elektrivälja.

Elektromagnetiline induktsioon- see on induktsiooni EMF tekkimine suletud ahelas, kui selle pinda läbiv magnetvoog muutub.

Induktsiooni EMF suletud ahelas tekitab induktiivvoolu.

.

Induktsioonivoolu suund kindlaks määratud millegi poolt Lenzi reegel: induktsioonivoolul on selline suund, et selle tekitatud magnetväli on vastu igasugusele selle voolu tekitanud magnetvoo muutusele.

Faraday seadus elektromagnetilise induktsiooni kohta: suletud ahela induktsiooni EMF on otseselt võrdeline ahelaga piiratud pinda läbiva magnetvoo muutumise kiirusega.

T okie foucault- pöörisinduktsioonvoolud, mis tekivad muutuvasse magnetvälja asetatud suurtes juhtides. Sellise juhi takistus on väike, kuna sellel on suur ristlõige S, nii et Foucault voolud võivad olla suured, mille tagajärjel juht kuumeneb.

eneseinduktsioon- see on induktsiooni EMF tekkimine juhis, kui voolutugevus selles muutub.

Voolu kandev juht loob magnetvälja. Magnetinduktsioon sõltub voolu tugevusest, seetõttu sõltub voolu tugevusest ka enda magnetvoog.

, kus L on proportsionaalsuskoefitsient, induktiivsus.

mõõtühik induktiivsus - Henry [H].

Induktiivsus dirigent sõltub selle suurusest, kujust ja kandja magnetilisest läbilaskvusest.

Induktiivsus suureneb koos juhi pikkusega, mähise induktiivsus on suurem kui sama pikkusega sirge juhi induktiivsus, mähise (suure keerdude arvuga juhi) induktiivsus on suurem kui ühe pöörde induktiivsus , suureneb mähise induktiivsus, kui sellesse sisestada raudvarras.

Faraday seadus eneseinduktsiooni kohta:
.

EMF-i iseinduktsioon otseselt võrdeline voolu muutumise kiirusega.

EMF-i iseinduktsioon tekitab iseinduktsioonivoolu, mis hoiab alati ära igasuguse voolu muutumise vooluringis ehk voolu suurenemisel suunatakse iseinduktsioonivool vastupidises suunas, voolutugevuse vähenemisel ahelas toimub iseinduktsiooni vool. induktsioonvool on suunatud samas suunas. Mida suurem on mähise induktiivsus, seda rohkem tekib selles iseinduktsiooni EMF.

Magnetvälja energia on võrdne tööga, mida vool teeb iseinduktsiooni EMF-i ületamiseks ajal, mil vool tõuseb nullist maksimaalse väärtuseni.

.

Elektromagnetilised vibratsioonid- need on perioodilised muutused laengus, voolutugevuses ja kõigis elektri- ja magnetväljade omadustes.

Elektriline võnkesüsteem(võnkeahel) koosneb kondensaatorist ja induktiivpoolist.

Vibratsiooni tekkimise tingimused:

Süsteem tuleb viia tasakaalust välja, selleks antakse kondensaatorile laeng. Laetud kondensaatori elektrivälja energia:

.

Süsteem peab naasma tasakaaluseisundisse. Elektrivälja mõjul liigub laeng kondensaatori ühelt plaadilt teisele, see tähendab, et ahelas tekib elektrivool, mis voolab läbi mähise. Induktiivpooli voolu suurenemisega tekib iseinduktsiooni EMF, iseinduktsiooni vool on suunatud vastupidises suunas. Kui voolutugevus mähises väheneb, suunatakse iseinduktsioonivool samas suunas. Seega kipub iseinduktsioonivool süsteemi tagasi viima tasakaaluolekusse.

Ahela elektritakistus peab olema väike.

Ideaalne võnkeahel ei oma vastupanu. Selles esinevaid võnkumisi nimetatakse tasuta.

Iga elektriahela puhul on täidetud Ohmi seadus, mille kohaselt ahelas toimiv EMF on võrdne vooluahela kõigi osade pingete summaga. Võnkuahelas pole vooluallikat, kuid induktiivpoolis tekib iseinduktsiooni EMF, mis võrdub kondensaatori pingega.

Järeldus: kondensaatori laeng muutub harmoonilise seaduse järgi.

Kondensaatori pinge:
.

Silmusvool:
.

Väärtus
- voolutugevuse amplituud.

Erinevus laengust
.

Vabade võnkumiste periood vooluringis:

Kondensaatori elektrivälja energia:

Mähise magnetvälja energia:

Elektri- ja magnetvälja energiad muutuvad harmoonilise seaduse järgi, kuid nende võnkumiste faasid on erinevad: kui elektrivälja energia on maksimaalne, on magnetvälja energia null.

Võnkesüsteemi koguenergia:
.

AT ideaalne kontuur koguenergia ei muutu.

Võnkumiste käigus muundub elektrivälja energia täielikult magnetvälja energiaks ja vastupidi. See tähendab, et energia igal ajahetkel on võrdne kas elektrivälja maksimaalse energiaga või magnetvälja maksimaalse energiaga.

Tõeline võnkeahel sisaldab vastupanu. Selles esinevaid võnkumisi nimetatakse hääbuv.

Ohmi seadus on järgmisel kujul:

Eeldusel, et sumbumine on väike (omavõnkesageduse ruut on palju suurem kui summutusteguri ruut), väheneb logaritmiline summutus:

Tugeva summutusega (omavõnkesageduse ruut on väiksem kui võnketeguri ruut):

See võrrand kirjeldab kondensaatori tühjenemise protsessi läbi takisti. Induktiivsuse puudumisel võnkumisi ei esine. Selle seaduse järgi muutub ka pinge kondensaatori plaatidel.

koguenergia reaalses vooluringis see väheneb, kuna voolu läbimisel eraldub takistusel R soojust.

üleminekuprotsess- protsess, mis toimub elektriahelates üleminekul ühelt töörežiimilt teisele. Eeldatav kellaaeg ( ), mille käigus muutub siirdeprotsessi iseloomustav parameeter e korda.

Sest ahel kondensaatori ja takistiga:
.

Maxwelli elektromagnetvälja teooria:

1 positsioon:

Iga vahelduv elektriväli tekitab keerise magnetvälja. Vahelduvat elektrivälja nimetas Maxwell nihkevooluks, kuna see, nagu tavaline vool, indutseerib magnetvälja.

Nihkevoolu tuvastamiseks võetakse arvesse voolu läbimist süsteemi, mis sisaldab dielektrikuga kondensaatorit.

Nihkevoolutihedus:
. Voolutihedus on suunatud intensiivsuse muutumise suunas.

Maxwelli esimene võrrand:
- keerise magnetvälja tekitavad nii juhtivusvoolud (liikuvad elektrilaengud) kui ka nihkevoolud (vahelduv elektriväli E).

2 positsioon:

Iga vahelduv magnetväli tekitab keerise elektrivälja – elektromagnetilise induktsiooni põhiseaduse.

Maxwelli teine ​​võrrand:
- seostab mis tahes pinda läbiva magnetvoo muutumise kiirust ja sel juhul tekkiva elektrivälja tugevuse vektori ringlust.

Iga vooluga juht loob ruumis magnetvälja. Kui vool on konstantne (ajas ei muutu), siis on ka sellega seotud magnetväli konstantne. Muutuv vool loob muutuva magnetvälja. Voolu juhtiva juhi sees on elektriväli. Seetõttu tekitab muutuv elektriväli muutuva magnetvälja.

Magnetväli on keeris, kuna magnetinduktsiooni jooned on alati suletud. Magnetvälja tugevuse H suurus on võrdeline elektrivälja tugevuse muutumise kiirusega . Magnetvälja vektori suund seotud elektrivälja tugevuse muutumisega parempoolse kruvi reegli järgi: suruge parem käsi rusikasse, suunake pöial elektrivälja tugevuse muutumise suunas, siis näitavad painutatud 4 sõrme magnetvälja tugevuse joonte suunda.

Iga muutuv magnetväli loob keerise elektrivälja, mille tugevusjooned on suletud ja asetsevad magnetvälja tugevusega risti olevas tasapinnas.

Pöörise elektrivälja intensiivsuse E suurus sõltub magnetvälja muutumise kiirusest . Vektori E suund on seotud magnetvälja H muutumise suunaga vasaku kruvi reegliga: suruda vasak käsi rusikasse, suunata pöial magnetvälja muutumise suunas, painutada. neli sõrme näitavad keerise elektrivälja joonte suunda.

Pööriste elektri- ja magnetväljade kogum, mis on omavahel ühendatud, esindavad elektromagnetväli. Elektromagnetväli ei jää tekkekohta, vaid levib ruumis ristisuunalise elektromagnetlaine kujul.

elektromagnetlaine- see on omavahel ühendatud keeriste elektri- ja magnetväljade jaotus ruumis.

Elektromagnetlaine tekkimise tingimus- laengu liikumine kiirendusega.

Elektromagnetlaine võrrand:

- elektromagnetiliste võnkumiste tsükliline sagedus

t on aeg võnkumiste algusest

l on kaugus laineallikast antud ruumipunktini

- laine levimise kiirus

Aeg, mis kulub lainel liikumiseks allikast antud punkti.

Vektorid E ja H elektromagnetlaines on üksteise ja laine levimiskiirusega risti.

Elektromagnetlainete allikas- juhid, mille kaudu liiguvad kiired vahelduvad voolud (makroemitterid), samuti ergastatud aatomid ja molekulid (mikroemitterid). Mida kõrgem on võnkesagedus, seda paremini kiirgatakse ruumis elektromagnetlaineid.

Elektromagnetlainete omadused:

Kõik elektromagnetlained põiki

Homogeenses keskkonnas elektromagnetlained levivad ühtlase kiirusega, mis sõltub keskkonna omadustest:

- keskkonna suhteline läbilaskvus

on vaakumi dielektriline konstant,
F/m, Cl2/nm2

- kandja suhteline magnetiline läbilaskvus

- vaakumi magnetkonstant,
ON 2; H/m

Elektromagnetlained peegeldub takistustelt, neeldub, hajub, murdub, polariseerub, hajub, häirib.

Mahuline energiatihedus elektromagnetväli koosneb elektri- ja magnetvälja mahulistest energiatihedustest:

Laineenergia voo tihedus – laine intensiivsus:

-Umov-Poyntingi vektor.

Kõik elektromagnetlained on paigutatud sageduste või lainepikkuste jadasse (
). See rida on elektromagnetlainete skaala.

Madala sagedusega vibratsioonid. 0–10 4 Hz. Saadud generaatoritest. Nad ei kiirga hästi.

raadiolained. 10 4 - 10 13 Hz. Kiirgavad tahked juhid, mida läbivad kiired vahelduvad voolud.

Infrapunakiirgus- lained, mida kõik kehad kiirgavad temperatuuril üle 0 K, mis on tingitud aatomisisestest ja molekulisisestest protsessidest.

nähtav valgus- silmale mõjuvad lained, mis põhjustavad visuaalset tunnet. 380-760 nm

Ultraviolettkiirgus. 10-380 nm. Nähtav valgus ja UV tekivad siis, kui elektronide liikumine aatomi väliskestas muutub.

röntgenikiirgus. 80-10-5 nm. Tekib siis, kui elektronide liikumine aatomi sisekestes muutub.

Gammakiirgus. Tekib aatomituumade lagunemise käigus.

Magnetväli ja selle omadused

Loengu kava:

Magnetväli, selle omadused ja omadused.

Magnetväli- liikuvaid elektrilaenguid ümbritseva aine olemasolu vorm (vooluga juhid, püsimagnetid).

See nimi on tingitud asjaolust, et nagu Taani füüsik Hans Oersted 1820. aastal avastas, on sellel magnetnõelale orienteeriv toime. Oerstedi eksperiment: magnetnõel asetati vooluga traadi alla, mis pöörles nõelal. Kui vool oli sisse lülitatud, paigaldati see juhtmega risti; voolu suuna muutmisel pöördus see vastupidises suunas.

Magnetvälja peamised omadused:

tekitatud liikuvate elektrilaengute, vooluga juhtide, püsimagnetite ja vahelduva elektrivälja mõjul;

mõjub jõuga liikuvatele elektrilaengutele, vooluga juhtidele, magnetiseeritud kehadele;

vahelduv magnetväli tekitab vahelduva elektrivälja.

Oerstedi kogemusest järeldub, et magnetväli on suunatud ja sellel peab olema vektorjõu karakteristik. Seda nimetatakse magnetiliseks induktsiooniks.

Magnetvälja kujutatakse graafiliselt, kasutades magnetilisi jõujooni või magnetinduktsiooni jooni. magnetjõud read nimetatakse joonteks, mida mööda magnetväljas paiknevad raudviilud või väikeste magnetnoolte teljed. Sellise sirge igas punktis on vektor suunatud tangentsiaalselt.

Magnetinduktsiooni jooned on alati suletud, mis näitab magnetlaengute puudumist looduses ja magnetvälja keerislikku olemust.

Tavaliselt lahkuvad nad magneti põhjapoolusest ja sisenevad lõunasse. Joonte tihedus valitakse nii, et magnetväljaga risti olevate joonte arv pindalaühiku kohta on võrdeline magnetinduktsiooni suurusega.

H

Vooluga magnetiline solenoid

Joonte suund määratakse parempoolse kruvi reegli järgi. Solenoid - vooluga mähis, mille pöörded asuvad üksteise lähedal ja pöörde läbimõõt on palju väiksem kui pooli pikkus.

Magnetväli solenoidi sees on ühtlane. Magnetvälja nimetatakse homogeenseks, kui vektor on mis tahes punktis konstantne.

Solenoidi magnetväli on sarnane varrasmagneti magnetväljaga.

FROM

Vooluga olenoid on elektromagnet.

Kogemused näitavad, et nii magnetvälja kui ka elektrivälja puhul superpositsiooni põhimõte: mitme voolu või liikuva laengu tekitatud magnetvälja induktsioon on võrdne iga voolu või laengu poolt tekitatud magnetväljade induktsioonide vektorsummaga:

Vektor sisestatakse kolmel viisil:

a) Ampère'i seadusest;

b) magnetvälja toimel vooluahelale;

c) Lorentzi jõu avaldisest.

AGA eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et jõud, millega magnetväli mõjub magnetväljas asuvale vooluga I juhi elemendile, on otseselt võrdeline jõuga

vool I ning pikkuselemendi ja magnetinduktsiooni vektorkorrutis:

- Ampère'i seadus

H
Vektori suuna saab leida vektori korrutise üldreeglite järgi, millest järeldub vasaku käe reegel: kui vasaku käe peopesa on paigutatud nii, et sellesse sisenevad magnetilised jõujooned ja 4 väljasirutatud. sõrmed on suunatud piki voolu, siis näitab painutatud pöial jõu suunda.

Lõpliku pikkusega juhtmele mõjuva jõu saab leida kogu pikkuse ulatuses integreerides.

Kui I = const, B = const, F = BIlsin

Kui  =90 0 , F = BIl

Magnetvälja induktsioon- vektorfüüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne jõuga, mis mõjub ühtlases magnetväljas magnetvälja joontega risti paiknevale ühikpikkusega juhile ühikvooluga.

1Tl on ühtlase magnetvälja induktsioon, mille käigus 1 m pikkusele 1A voolutugevusega juhile, mis asub risti magnetvälja jõujoontega, mõjub jõud 1N.

Seni oleme arvestanud juhtides voolavate makrovooludega. Ampere’i oletuse kohaselt on aga igas kehas mikroskoopilised voolud, mis on tingitud elektronide liikumisest aatomites. Need mikroskoopilised molekulaarvoolud loovad oma magnetvälja ja võivad pöörduda makrovoolude väljades, tekitades kehas täiendava magnetvälja. Vektor iseloomustab tekkivat magnetvälja, mida tekitavad kõik makro- ja mikrovoolud, s.t. sama makrovoolu puhul on vektoril erinevates meediumites erinevad väärtused.

Makrovoolude magnetvälja kirjeldab magnetintensiivsuse vektor .

Homogeense isotroopse keskkonna jaoks

,

 0 \u003d 410 -7 H / m - magnetkonstant,  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - keskkonna magnetiline läbilaskvus, mis näitab, mitu korda muutub makrovoolude magnetväli keskkonna mikrovoolude välja mõjul.

magnetvoog. Gaussi teoreem magnetvoo kohta.

vektorvoog(magnetvoog) läbi padja dS nimetatakse skalaarväärtuseks, mis on võrdne

kus on projektsioon saidi normaalsuuna suunas;

 - vektorite vaheline nurk ja .

suunatud pinnaelement,

Vektorvoog on algebraline suurus,

kui - pinnalt lahkumisel;

kui - pinna sissepääsu juures.

Magnetinduktsiooni vektori voog läbi suvalise pinna S on võrdne

Ühtlase magnetvälja jaoks =const,

1 Wb - magnetvoog, mis läbib ühtlase magnetväljaga risti asuvat 1 m 2 suurust tasast pinda, mille induktsioon on võrdne 1 T.

Pinda S läbiv magnetvoog on arvuliselt võrdne antud pinda läbivate magnetjõujoonte arvuga.

Kuna magnetinduktsiooni jooned on alati suletud, siis suletud pinna korral on pinnale sisenevate joonte arv (Ф 0), seega on suletud pinda läbiva magnetinduktsiooni summaarne voog null.

- Gaussi teoreem: magnetilise induktsiooni vektori voog läbi mis tahes suletud pinna on null.

See teoreem väljendab matemaatiliselt tõsiasja, et looduses ei ole magnetlaenguid, millel magnetinduktsiooni jooned algaksid või lõppeksid.

Biot-Savart-Laplace'i seadus ja selle rakendamine magnetväljade arvutamisel.

Erineva kujuga alalisvoolude magnetvälja uuris üksikasjalikult fr. teadlased Biot ja Savart. Nad leidsid, et kõigil juhtudel on magnetiline induktsioon suvalises punktis võrdeline voolu tugevusega, sõltub juhi kujust, mõõtmetest, selle punkti asukohast juhi suhtes ja keskkonnast.

Nende katsete tulemused võttis kokku fr. matemaatik Laplace, kes võttis arvesse magnetinduktsiooni vektorilist olemust ja püstitas hüpoteesi, et induktsioon igas punktis on superpositsiooni põhimõtte kohaselt selle juhi iga lõigu poolt tekitatud elementaarmagnetväljade induktsioonide vektorsumma.

Laplace sõnastas 1820. aastal seaduse, mida nimetati Biot-Savart-Laplace'i seaduseks: iga vooluga juhi element loob magnetvälja, mille induktsioonivektor mingis suvalises punktis K määratakse valemiga:

- Biot-Savart-Laplace'i seadus.

Biot-Sovar-Laplace'i seadusest järeldub, et vektori suund langeb kokku ristkorrutise suunaga. Sama suuna annab parempoolse kruvi (kinnituse) reegel.

Arvestades seda,

Vooluga samasuunaline juhtelement;

Raadiusvektor, mis ühendab punktiga K;

Biot-Savart-Laplace'i seadus on praktilise tähtsusega, sest võimaldab leida antud ruumipunktis lõpliku suuruse ja suvalise kujuga juhti läbiva voolu magnetvälja induktsiooni.

Suvalise voolu korral on selline arvutus keeruline matemaatiline ülesanne. Kui aga voolujaotus on teatud sümmeetriaga, siis superpositsiooniprintsiibi rakendamine koos Biot-Savart-Laplace'i seadusega võimaldab suhteliselt lihtsalt arvutada spetsiifilisi magnetvälju.

Vaatame mõnda näidet.

A. Vooluga sirgjoonelise juhi magnetväli.

piiratud pikkusega juhi jaoks:

lõpmatu pikkusega juhi puhul:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetväli ringvoolu keskpunktis:

=90 0, sin=1,

Oersted leidis 1820. aastal eksperimentaalselt, et tsirkulatsioon makrovoolude süsteemi ümbritsevas suletud ahelas on võrdeline nende voolude algebralise summaga. Proportsionaalsuse koefitsient sõltub ühikute süsteemi valikust ja SI-s on 1.

C
vektori tsirkulatsiooni nimetatakse suletud ahelaga integraaliks.

Seda valemit nimetatakse tsirkulatsiooniteoreem ehk totaalne vooluseadus:

magnetvälja tugevuse vektori tsirkulatsioon piki suvalist suletud vooluringi võrdub selle ahelaga hõlmatud makrovoolude (või koguvoolu) algebralise summaga. tema omadused Voolusid ja püsimagneteid ümbritsevas ruumis on jõud valdkonnas helistas magnetiline. Kättesaadavus magnetiline väljad ilmub...

Elektromagnetilise tegeliku struktuuri kohta väljad ja tema omadused levimine tasapinnaliste lainete kujul.

Artikkel >> Füüsika

ELEKTROMAGNETI TEGELISE STRUKTUURI KOHTA VÄLJAD Ja TEMA OMADUSED LEVIK TASANDILINETE KUJUL ... muud singli komponendid väljad: elektromagnetiline valdkonnas vektorkomponentidega ja elektriline valdkonnas komponentidega ja magnetiline valdkonnas koos komponentidega...

Magnetiline valdkonnas, ahelad ja induktsioon

Abstraktne >> Füüsika

... väljad). Põhiline iseloomulik magnetiline väljad on tema vektorjõud magnetiline induktsioon (induktsioonivektor magnetiline väljad). SI-s magnetiline... koos magnetiline hetk. Magnetiline valdkonnas ja tema parameetrid Suund magnetiline jooned ja...

Magnetiline valdkonnas (2)

Abstraktne >> Füüsika

Juhi AB lõik vooluga sisse magnetiline valdkonnas risti tema magnetiline read. Kui on näidatud joonisel ... väärtus sõltub ainult magnetiline väljad ja saab teenida tema kvantitatiivne iseloomulik. See väärtus on võetud...

Magnetiline materjalid (2)

Abstraktne >> Majandus

Materjalid, mis suhtlevad magnetiline valdkonnas keeles väljendatud tema muutused, nagu ka teistes ... ja pärast kokkupuute lõpetamist magnetiline väljad.üks. Peamine omadused magnetiline materjalid Materjalide magnetilisi omadusi iseloomustavad...