Mida nimetatakse magnetväljaks. Kus tekib magnetväli?
Tere päevast, täna saate teada mis on magnetväli ja kust see tuleb.
Iga inimene planeedil on hoidnud vähemalt korra magnet käes. Alustades suveniirkülmikumagnetitest või töömagnetitest raua õietolmu kogumiseks ja palju muud. Lapsena oli see naljakas mänguasi, mis kleepus musta metalli külge, aga mitte teiste metallide külge. Mis on siis magneti ja selle saladus magnetväli.
Mis on magnetväli
Millisel hetkel hakkab magnet ligi tõmbama? Iga magneti ümber on magnetväli, millesse sisenedes hakkavad objektid selle poole tõmbama. Sellise välja suurus võib varieeruda sõltuvalt magneti suurusest ja selle enda omadustest.
Wikipedia termin:
Magnetväli on liikumisele mõjuv jõuväli elektrilaengud ja magnetmomenti omavatel kehadel, olenemata nende liikumisolekust, magnetkomponent elektromagnetväli.
Kust tuleb magnetväli?
Magnetvälja võivad tekitada nii laetud osakeste vool või aatomites elektronide magnetmomendid kui ka teiste osakeste magnetmomendid, kuigi märgatavalt vähemal määral.
Magnetvälja avaldumine
Magnetväli avaldub mõjus osakeste ja kehade magnetmomentidele, laetud osakeste või juhtide liikumisele. Magnetväljas liikuvale elektriliselt laetud osakesele mõjuv jõud on nimetatakse Lorentzi jõuks, mis on alati suunatud risti vektoritega v ja B. See on võrdeline osakese q laenguga, magnetvälja vektori B suunaga risti oleva kiiruskomponendi v ja magnetvälja induktsiooni B suurusega.
Millistel objektidel on magnetväli
Me sageli ei mõtle sellele, kuid paljud (kui mitte kõik) meid ümbritsevad objektid on magnetid. Oleme harjunud, et magnet on veeris, millel on tugev tõmbejõud enda poole, kuid tegelikult on peaaegu kõigel tõmbejõud, see on lihtsalt palju madalam. Võtame näiteks meie planeedi – me ei lenda kosmosesse, kuigi me ei hoia pinnast millegagi kinni. Maa väli on palju nõrgem kui kivimagneti väli, seega hoiab see meid kinni ainult tänu oma tohutule suurusele – kui olete kunagi näinud, kuidas inimesed Kuul (mille läbimõõt on neli korda väiksem) kõnnivad, siis näete selgelt mõista, millest me räägime. Maa gravitatsioon põhineb suuresti maakoore ja tuuma metallilistel komponentidel – neil on võimas magnetväli. Võib-olla olete kuulnud, et suurte rauamaagi leiukohtade läheduses ei näita kompassid enam õigesti põhja poole – seda seetõttu, et kompassi põhimõte põhineb magnetväljade vastasmõjul ja rauamaak tõmbab oma nõela ligi.
Hästi tuntud lai rakendus magnetväli igapäevaelus, tööl ja kodus teaduslikud uuringud. Piisab, kui nimetada selliseid seadmeid nagu vahelduvvoolugeneraatorid, elektrimootorid, releed, kiirendid elementaarosakesed ja erinevaid andureid. Vaatame lähemalt, mis on magnetväli ja kuidas see tekib.
Mis on magnetväli – määratlus
Magnetväli on jõuväli, mis mõjutab liikuvaid laetud osakesi. Magnetvälja suurus sõltub selle muutumise kiirusest. Selle tunnuse järgi eristatakse kahte tüüpi magnetvälju: dünaamilisi ja gravitatsioonilisi.
Gravitatsiooniline magnetväli tekib ainult elementaarosakeste läheduses ja moodustub sõltuvalt nende struktuuri omadustest. Dünaamilise magnetvälja allikad on liikuvad elektrilaengud või laetud kehad, voolu juhtivad juhid ja magnetiseeritud ained.
Magnetvälja omadused
Suur prantsuse teadlane Andre Ampère suutis välja selgitada magnetvälja kaks põhiomadust:
- Peamine erinevus magnetvälja ja elektrivälja vahel ning selle peamine omadus on suhteline. Kui võtta laetud keha, jätta see liikumatuks mingisse tugiraamistikku ja asetada lähedale magnetnõel, siis näitab see nagu tavaliselt põhja poole. See tähendab, et see ei tuvasta ühtegi muud välja peale Maa. Kui hakkate seda laetud keha noole suhtes liigutama, hakkab see pöörlema - see näitab, et laetud keha liikumisel tekib lisaks elektrilisele ka magnetväli. Seega tekib magnetväli siis ja ainult siis, kui on liikuv laeng.
- Magnetväli mõjutab teist elektrivoolu. Niisiis saab seda tuvastada laetud osakeste liikumise jälgimisega - magnetväljas need kalduvad kõrvale, vooluga juhid liiguvad, vooluga raam pöörleb, magnetiseeritud ained nihkuvad. Siin tuleks meenutada magnetilise kompassi nõela, tavaliselt värvilist Sinine värv, - lõppude lõpuks on see vaid tükk magnetiseeritud rauda. Ta on alati näoga põhja poole, sest Maa on seda teinud magnetväli. Kogu meie planeet on tohutu magnet: põhjapoolusel on lõuna magnetvöö ja lõuna geograafilisel poolusel põhjapoolus.
Lisaks hõlmavad magnetvälja omadused järgmisi omadusi:
- Magnetvälja tugevust kirjeldatakse magnetinduktsiooniga – see on vektorsuurus, mis määrab tugevuse, millega magnetväli mõjutab liikuvaid laenguid.
- Magnetväli võib olla konstantset ja muutuvat tüüpi. Esimese genereerib ajainvariant elektriväli, ei muutu ka sellise välja induktsioon. Teine toodetakse kõige sagedamini vahelduvvoolu toitega induktiivpoolide abil.
- Magnetvälja ei saa inimese meeltega tajuda ja see salvestatakse ainult spetsiaalsete andurite abil.
Maa magnetväli on moodustis, mille tekitavad planeedi sees olevad allikad. See on geofüüsika vastava osa uurimisobjekt. Järgmiseks vaatame lähemalt, mis on Maa magnetväli ja kuidas see tekib.
Üldine informatsioon
Maa pinnast mitte kaugel, umbes kolme raadiuse kaugusel, paiknevad magnetvälja jõujooned piki "kahe polaarlaengu" süsteemi. Siin on piirkond, mida nimetatakse "plasma sfääriks". Planeedi pinnast kaugenedes suureneb ioniseeritud osakeste voolu mõju päikese kroonist. See viib magnetosfääri kokkusurumiseni Päikese küljelt ja vastupidi, Maa magnetväli venitatakse vastupidiselt, varjuküljelt.
Plasmasfäär
Laetud osakeste suunaline liikumine atmosfääri ülemistes kihtides (ionosfääris) avaldab märgatavat mõju Maa pinna magnetväljale. Viimase asukoht on planeedi pinnast sada kilomeetrit ja kõrgemal. Maa magnetväli hoiab plasmasfääri. Selle struktuur sõltub aga tugevalt päikesetuule aktiivsusest ja vastasmõjust piirava kihiga. Ja sagedus magnettormid meie planeedil on põhjustatud päikesepursketest.
Terminoloogia
On olemas mõiste "Maa magnettelg". See on sirgjoon, mis läbib planeedi vastavaid poolusi. Magnetekvaator on selle teljega risti oleva tasandi suur ring. Sellel oleval vektoril on horisontaalne suund. Maa magnetvälja keskmine tugevus sõltub oluliselt geograafiline asukoht. See on ligikaudu võrdne 0,5 Oe-ga, see tähendab 40 A/m. Magnetekvaatoril on see sama näitaja ligikaudu 0,34 Oe ja pooluste lähedal 0,66 Oe. Mõne planeedi anomaalia korral, näiteks Kurski anomaalia piires, on indikaator suurenenud ja ulatub 2 Oe-ni. Maa magnetosfääri jõujooned koos keeruline struktuur, mis on projitseeritud selle pinnale ja koonduvad oma poolustele, nimetatakse "magnetmeridiaanideks".
Esinemise olemus. Oletused ja oletused
Hiljuti sai oletus Maa magnetosfääri tekke ja voolu voolu vahelise seose kohta meie planeedi raadiusest veerandi kuni kolmandiku kaugusel asuvas vedelas metallisüdamikus eksisteerimise õiguse. Teadlastel on ka oletus lähedal voolavate nn telluurivoolude kohta maakoor. Tuleb öelda, et aja jooksul toimub moodustumise ümberkujundamine. Maa magnetväli on viimase saja kaheksakümne aasta jooksul mitu korda muutunud. See on registreeritud ookeanilises maakoores ja seda tõendavad remanentse magnetiseerimise uuringud. Võrreldes alasid mõlemal pool ookeaniharjasid, määratakse nende alade lahknemise aeg.
Maa magnetpooluse nihe
Nende planeedi osade asukoht ei ole konstantne. Nende ümberpaiknemise fakti on registreeritud alates XIX sajandi lõpust. Lõunapoolkeral nihkus magnetpoolus selle aja jooksul 900 km võrra ja sattus India ookeani. Sarnased protsessid toimuvad ka põhjaosas. Siin liigub poolus sisse magnetanomaalia poole Ida-Siber. Aastatel 1973–1994 oli ala siia kolimise vahemaa 270 km. Neid eelnevalt arvutatud andmeid kinnitasid hiljem mõõtmised. Viimastel andmetel magnetpooluse liikumiskiirus Põhjapoolkera on oluliselt suurenenud. See kasvas eelmise sajandi seitsmekümnendate 10 km/aastas käesoleva sajandi alguse 60 km/a-ni. Samal ajal väheneb maa magnetvälja tugevus ebaühtlaselt. Nii et viimase 22 aasta jooksul on see mõnes kohas vähenenud 1,7% ja kuskil 10%, kuigi on ka piirkondi, kus see on vastupidi suurenenud. Magnetpooluste nihke kiirenemine (ligikaudu 3 km aastas) annab alust oletada, et nende täna vaadeldav liikumine ei ole ekskurss, vaid järjekordne inversioon.
Seda kinnitab kaudselt nn polaarlõhede suurenemine magnetosfääri lõuna- ja põhjaosas. Päikese krooni ja kosmose ioniseeritud materjal tungib kiiresti tekkivatesse paisudesse. Sellest kogutakse kõik Maa tsirkumpolaarsetesse piirkondadesse suur kogus energiat, mis iseenesest on täis polaarjäämütside täiendavat kuumutamist.
Koordinaadid
Teaduses, mis uurib kosmilised kiired, kasutage teadlase McIlwaini järgi nimetatud geomagnetvälja koordinaate. Ta tegi esimesena ettepaneku nende kasutamiseks, kuna need põhinevad laetud elementide aktiivsuse modifitseeritud versioonidel magnetväljas. Punkti jaoks kasutatakse kahte koordinaati (L, B). Need iseloomustavad magnetkesta (McIlwaini parameeter) ja välja induktsiooni L. Viimane on parameeter, mis võrdub sfääri keskmise kauguse suhtega planeedi keskpunktist selle raadiusesse.
"Magnetiline kalle"
Mitu tuhat aastat tagasi tegid hiinlased hämmastava avastuse. Nad leidsid, et magnetiseeritud objekte saab paigutada teatud suunas. Ja kuueteistkümnenda sajandi keskel tegi saksa teadlane Georg Cartmann järjekordne avastus selles piirkonnas. Nii tekkis mõiste "magnetiline kalle". See nimi viitab planeedi magnetosfääri mõjul noole horisontaaltasapinnast üles või alla kõrvalekalde nurgale.
Uurimisloost
Põhjapoolse magnetekvaatori piirkonnas, mis erineb geograafilisest ekvaatorist, liigub põhjapoolne ots allapoole ja lõunapool vastupidiselt ülespoole. 1600. aastal tegi inglise arst William Gilbert esimest korda oletusi Maa magnetvälja olemasolu kohta, mis põhjustab eelnevalt magnetiseeritud objektide teatud käitumist. Oma raamatus kirjeldas ta katset raudnoolega varustatud kuuliga. Oma uurimistöö tulemusena jõudis ta järeldusele, et Maa on suur magnet. Eksperimente viis läbi ka inglise astronoom Henry Gellibrant. Vaatluste tulemusena jõudis ta järeldusele, et Maa magnetväljas toimuvad aeglased muutused.
José de Acosta kirjeldas kompassi kasutamise võimalust. Samuti tegi ta kindlaks erinevuse Magnetic ja Põhjapoolused, ja tema kuulus ajalugu(1590) põhjendati magnetläbipaindeta joonte teooriat. Vaadeldava teema uurimisse andis olulise panuse ka Christopher Columbus. Ta vastutas magnetilise deklinatsiooni varieeruvuse avastamise eest. Teisendused sõltuvad geograafiliste koordinaatide muutustest. Magnetdeklinatsioon on nõela kõrvalekalde nurk põhja-lõuna suunast. Seoses Columbuse avastamisega intensiivistus uurimistöö. Teave selle kohta, milline on Maa magnetväli, oli navigaatoritele äärmiselt vajalik. Selle probleemiga tegeles ka M.V. Lomonosov. Maapealse magnetismi uurimiseks soovitas ta läbi viia süstemaatilisi vaatlusi, kasutades püsipunkte (sarnaselt observatooriumitega). Samuti oli Lomonossovi sõnul väga oluline seda merel teha. See suure teadlase idee realiseeriti Venemaal kuuskümmend aastat hiljem. Magnetpooluse avastus Kanada saarestikus kuulub polaaruurijale inglasele John Rossile (1831). Ja 1841. aastal avastas ta planeedi teise pooluse, kuid Antarktikas. Hüpoteesi Maa magnetvälja päritolu kohta esitas Carl Gauss. Peagi tõestas ta, et suurem osa sellest toidetakse planeedi sees olevast allikast, kuid selle väiksemate kõrvalekallete põhjus on väliskeskkonnas.
Selleks, et mõista, mis on magnetvälja omadus, tuleb määratleda palju nähtusi. Samal ajal peate eelnevalt meeles pidama, kuidas ja miks see ilmub. Uurige, mis on jõuväli. On oluline, et selline väli ei saaks tekkida ainult magnetites. Sellega seoses ei teeks paha mainida Maa magnetvälja omadusi.
Põllu tekkimine
Kõigepealt peame kirjeldama välja tekkimist. Seejärel saate kirjeldada magnetvälja ja selle omadusi. See ilmneb laetud osakeste liikumise ajal. Võib mõjutada eelkõige pingestatud juhte. Magnetvälja ja liikuvate laengute või juhtmete vastastikmõju, mille kaudu vool voolab, toimub elektromagnetiliste jõudude toimel.
Magnetvälja intensiivsus või tugevus teatud ruumipunktis määratakse magnetinduktsiooni abil. Viimane on tähistatud sümboliga B.
Välja graafiline esitus
Magnetvälja ja selle omadusi saab kujutada graafiliselt, kasutades induktsioonjooni. See määratlus viitab joontele, mille puutujad mis tahes punktis langevad kokku magnetilise induktsiooni vektori suunaga.
Need jooned sisalduvad magnetvälja omadustes ja neid kasutatakse selle suuna ja intensiivsuse määramiseks. Mida suurem on magnetvälja intensiivsus, seda rohkem neid jooni tõmmatakse.
Mis on magnetjooned
Magnetjooned sirgetes voolu juhtivates juhtmetes on kontsentrilise ringi kujulised, mille keskpunkt asub antud juhi teljel. Magnetjoonte suund voolu juhtivate juhtmete läheduses määratakse juhtmestiku reegliga, mis kõlab järgmiselt: kui kardaan on paigutatud nii, et see on voolu suunas juhisse keeratud, siis käepideme pöörlemissuund. vastab magnetjoonte suunale.
Vooluga mähises määratakse magnetvälja suund samuti kardaanireegliga. Samuti on vaja pöörata käepidet solenoidi pöörete voolu suunas. Magnetiliste induktsioonijoonte suund vastab suunale edasi liikumine kere.
See on magnetvälja peamine omadus.
Ühe vooluga loodud välja on võrdsetel tingimustel erineva intensiivsusega erinevates meediumites nende ainete erinevate magnetiliste omaduste tõttu. Meediumi magnetilisi omadusi iseloomustab absoluutne magnetiline läbilaskvus. Seda mõõdetakse henrides meetri kohta (g/m).
Magnetvälja omadused hõlmavad vaakumi absoluutset magnetilist läbilaskvust, mida nimetatakse magnetkonstandiks. Väärtust, mis määrab, mitu korda erineb keskkonna absoluutne magnetiline läbilaskvus konstandist, nimetatakse suhteliseks magnetiliseks läbilaskvuseks.
Ainete magnetiline läbilaskvus
See on mõõtmeteta suurus. Aineid, mille läbilaskvus on väiksem kui üks, nimetatakse diamagnetilisteks. Nendes ainetes on väli nõrgem kui vaakumis. Need omadused esinevad vesinikul, vees, kvartsil, hõbedal jne.
Kandjaid, mille magnetiline läbilaskvus ületab ühtsust, nimetatakse paramagnetilisteks. Nendes ainetes on väli tugevam kui vaakumis. Need keskkonnad ja ained hõlmavad õhku, alumiiniumi, hapnikku ja plaatinat.
Paramagnetiliste ja diamagnetiliste ainete puhul ei sõltu magnetilise läbilaskvuse väärtus välise magnetiseeriva välja pingest. See tähendab, et kogus on teatud aine puhul konstantne.
Erirühma kuuluvad ferromagnetid. Nende ainete magnetiline läbilaskvus ulatub mitme tuhandeni või enamgi. Neid aineid, millel on omadus olla magnetiseeritud ja tugevdada magnetvälja, kasutatakse elektrotehnikas laialdaselt.
Välja tugevus
Magnetvälja omaduste määramiseks võib koos magnetilise induktsiooni vektoriga kasutada väärtust, mida nimetatakse magnetvälja tugevuseks. See termin määrab välise magnetvälja intensiivsuse. Magnetvälja suund kõigis suundades identsete omadustega keskkonnas, intensiivsuse vektor langeb kokku magnetilise induktsiooni vektoriga välja punktis.
Ferromagnetite tugevaid magnetilisi omadusi seletatakse nendes suvaliselt magnetiseeritud väikeste osade olemasoluga, mida saab kujutada väikeste magnetidena.
Magnetvälja puudumisel ei pruugi ferromagnetilisel ainel olla väljendunud magnetilisi omadusi, kuna domeenide väljad omandavad erineva orientatsiooni ja nende kogumagnetväli on null.
Magnetvälja põhikarakteristiku järgi, kui ferromagnet asetada välisesse magnetvälja, näiteks vooluga mähisesse, siis välisvälja mõjul pöörduvad domeenid välisvälja suunas. Veelgi enam, pooli magnetväli suureneb ja magnetiline induktsioon suureneb. Kui välisväli on piisavalt nõrk, siis pöördub ümber ainult osa kõigist domeenidest, mille magnetväljad on välisvälja suunale lähedased. Välise väljatugevuse kasvades suureneb pööratud domeenide arv ja koos teatud väärtus välisvälja pinge korral pööratakse peaaegu kõiki osi nii, et magnetväljad paikneksid välisvälja suunas. See tingimus nimetatakse magnetiliseks küllastuseks.
Magnetinduktsiooni ja pinge seos
Ferromagnetilise aine magnetilise induktsiooni ja välise väljatugevuse vahelist seost saab kujutada graafiku abil, mida nimetatakse magnetiseerimiskõveraks. Punktis, kus kõvera graafik paindub, väheneb magnetinduktsiooni suurenemise kiirus. Pärast painutamist, kus pinge saavutab teatud väärtuse, tekib küllastumine ja kõver tõuseb veidi, omandades järk-järgult sirgjoone kuju. Selles piirkonnas induktsioon veel kasvab, kuid üsna aeglaselt ja ainult välise väljatugevuse suurenemise tõttu.
Indikaatoriandmete graafiline sõltuvus ei ole otsene, mis tähendab, et nende suhe ei ole konstantne ning materjali magnetiline läbilaskvus ei ole konstantne näitaja, vaid sõltub välisväljast.
Materjalide magnetiliste omaduste muutumine
Kui voolutugevust suurendatakse kuni täieliku küllastumiseni ferromagnetilise südamikuga mähises ja seejärel vähendatakse, ei lange magnetiseerimiskõver kokku demagnetiseerimiskõveraga. Nullintensiivsusega ei ole magnetilisel induktsioonil sama väärtus, vaid see omandab teatud indikaatori, mida nimetatakse jääkmagnetiliseks induktsiooniks. Olukorda, kus magnetiline induktsioon jääb magnetiseerivast jõust maha, nimetatakse hüstereesiks.
Pooli ferromagnetilise südamiku täielikuks demagnetiseerimiseks on vaja anda pöördvool, mis loob vajaliku pinge. Erinevate ferromagnetiliste ainete jaoks on vaja erineva pikkusega tükki. Mida suurem see on, seda suurem on demagnetiseerimiseks vajalik energiahulk. Väärtust, mille juures toimub materjali täielik demagnetiseerumine, nimetatakse sundjõuks.
Kui voolutugevus mähises suureneb, suureneb induktsioon taas küllastumiseni, kuid magnetjoonte erineva suuna korral. Vastassuunas demagnetiseerimisel saadakse jääkinduktsioon. Jääkmagnetismi nähtust kasutatakse püsimagnetite loomiseks kõrge jääkmagnetismi indeksiga ainetest. Elektrimasinate ja -seadmete südamikud luuakse ainetest, millel on ümbermagnetiseerumisvõime.
Vasaku käe reegel
Voolujuhti mõjutaval jõul on suund, mis on määratud vasaku käe reegliga: kui neitsi käe peopesa on paigutatud nii, et magnetjooned sisenevad sellesse ja neli sõrme on sirutatud voolu suunas. dirigendis, painutatud pöial näitab jõu suunda. See jõud risti induktsioonivektori ja vooluga.
Magnetväljas liikuvat voolu juhtivat juhti peetakse muutuva elektrimootori prototüübiks elektrienergia mehaanilisele.
Parema käe reegel
Kui juht liigub magnetväljas, indutseeritakse selles elektromotoorjõud, mille väärtus on võrdeline magnetinduktsiooni, kaasatud juhi pikkuse ja selle liikumiskiirusega. Seda sõltuvust nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks. Juhtis indutseeritud emfi suuna määramisel kasutage reeglit parem käsi: kui parem käsi on paigutatud samamoodi nagu vasakpoolse näites, sisenevad magnetjooned peopesale ja pöial näitab juhi liikumissuunda, näitavad välja sirutatud sõrmed indutseeritud EMF-i suunda. Välise mehaanilise jõu mõjul magnetvoos liikuv juht on kõige lihtsam näide elektrigeneraatorist, milles mehaaniline energia muundatakse elektrienergiaks.
Seda saab sõnastada erinevalt: suletud ahelas indutseeritakse EMF; selle ahelaga hõlmatud magnetvoo mis tahes muutuse korral on ahela EMF arvuliselt võrdne seda ahelat katva magnetvoo muutumise kiirusega.
See vorm annab keskmise EMF-i indikaatori ja näitab EMF-i sõltuvust mitte magnetvoost, vaid selle muutumise kiirusest.
Lenzi seadus
Samuti peate meeles pidama Lenzi seadust: vooluringi läbiva magnetvälja muutumisel indutseeritud vool takistab selle muutumist. Kui mähise pöördeid läbivad erineva suurusega magnetvood, siis kogu mähises indutseeritud EMF on võrdne erinevate keerdude EDE summaga. Pooli erinevate pöörete magnetvoogude summat nimetatakse vooühenduseks. Selle suuruse ja ka magnetvoo mõõtühikuks on Weber.
Kui see muutub elektrivool ahelas toimub selle tekitatud magnetvoo muutus. Samas vastavalt seadusele elektromagnetiline induktsioon, indutseeritakse juhi sees EMF. See ilmneb seoses voolu muutumisega juhis, seetõttu nimetatakse seda nähtust iseinduktsiooniks ja juhis indutseeritud EMF-i nimetatakse iseinduktsiooniks.
Vooluühendus ja magnetvoog ei sõltu mitte ainult voolutugevusest, vaid ka antud juhi suurusest ja kujust ning ümbritseva aine magnetilisest läbilaskvusest.
Juhi induktiivsus
Proportsionaalsustegurit nimetatakse juhi induktiivsuseks. See viitab juhi võimele luua vooluühendus, kui elekter seda läbib. See on elektriahelate üks peamisi parameetreid. Teatud ahelate puhul on induktiivsus konstantne väärtus. See sõltub vooluringi suurusest, selle konfiguratsioonist ja kandja magnetilisest läbilaskvusest. Sel juhul ei oma tähtsust voolutugevus vooluringis ja magnetvoog.
Ülaltoodud definitsioonid ja nähtused annavad selgituse, mis on magnetväli. Samuti on antud magnetvälja peamised karakteristikud, mille abil saab seda nähtust defineerida.
Magnetväli ja selle omadused
Loengu ülevaade:
Magnetväli, selle omadused ja omadused.
Magnetväli- liikuvaid elektrilaenguid ümbritseva aine olemasolu vorm (voolu juhtivad 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 voolu juhtiva traadi alla, mis pöörles nõelal. Kui vool oli sisse lülitatud, paigaldati see juhtmega risti; kui voolu suund muutus, pöördus see vastupidises suunas.
Magnetvälja põhiomadused:
tekitatud liikuvate elektrilaengute, voolu juhtivate juhtide, püsimagnetite ja vahelduva elektrivälja mõjul;
mõjub jõuga liikuvatele elektrilaengutele, voolu juhtivatele juhtidele ja 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 magnetilisi induktsioonjooni. Magnetjõud read Need on jooned, mida mööda asetsevad magnetväljas rauaviilid või väikeste magnetnõelte teljed. Sellise sirge igas punktis on vektor suunatud piki puutujat.
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.
N
Vooluga magnetiline solenoid
Joonte suund määratakse õige kruvireegliga. Solenoid on vooluga mähis, mille pöörded asuvad lähestikku ja pöörde läbimõõt on palju väiksem kui pooli pikkus.
Magnetväli solenoidi sees on ühtlane. Magnetvälja nimetatakse ühtlaseks, kui vektor on mis tahes punktis konstantne.
Solenoidi magnetväli on sarnane varrasmagneti magnetväljaga.
KOOS
Voolu kandev solenoid 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 induktsiooni vektorsummaga:
Vektor sisestatakse kolmel viisil:
a) Ampere'i seadusest;
b) magnetvälja mõjul voolu kandvale raamile;
c) Lorentzi jõu avaldisest.
A mpper tegi eksperimentaalselt kindlaks, et jõud, millega magnetväli mõjub magnetväljas paikneva vooluga I juhi elemendile, on otseselt võrdeline jõuga
vool I ning pikkuse ja magnetinduktsiooni elemendi vektorkorrutis:
- Ampere'i seadus
N
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. sirutatud 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 = BIlsin
Kui =90 0, F = BIl
Magnetvälja induktsioon- vektorfüüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne jõuga, mis mõjub ühtlases magnetväljas ühikvooluga juhile, mis asub risti magnetjõujoontega.
1T on ühtlase magnetvälja induktsioon, mille käigus 1 m pikkusele juhile vooluga 1A, mis paikneb risti magnetjõujoontega, mõjub jõud 1N.
Seni oleme arvestanud juhtides voolavate makrovooludega. Ampere’i oletuse kohaselt on aga igas kehas mikroskoopilisi voolusid, mis on põhjustatud elektronide liikumisest aatomites. Need mikroskoopilised molekulaarvoolud loovad oma magnetvälja ja võivad makrovoolu väljades pöörlema hakata, tekitades kehas täiendava magnetvälja. Vektor iseloomustab tekkivat magnetvälja, mida tekitavad kõik makro- ja mikrovoolud, s.t. sama makrovoolu juures on vektoril erinevates keskkondades erinevad väärtused.
Makrovoolude magnetvälja kirjeldab magnetintensiivsuse vektor.
Homogeense isotroopse keskkonna jaoks
,
0 = 410 -7 H/m - magnetkonstant, 0 = 410 -7 N/A 2,
on keskkonna magnetiline läbilaskvus, mis näitab, mitu korda muutub makrovoolude magnetväli keskkonna mikrovoolude välja mõjul.
Magnetvoog. Gaussi teoreem magnetvoo kohta.
Vektorvoog(magnetvoog) läbi platvormi dS nimetatakse skalaarsuuruseks, mis on võrdne
kus on projektsioon saidi normaalsuuna suunas;
on nurk vektorite ja vahel.
Suunatud pinnaelement,
Vektorvoog on algebraline suurus,
Kui - pinnalt lahkumisel;
Kui - pinnale sisenemisel.
Magnetinduktsiooni vektori voog läbi suvalise pinna S on võrdne
Ühtlase magnetvälja jaoks =const,
1 Wb - magnetvoog, mis läbib tasast pinda, mille pindala on 1 m 2, mis asub risti ühtlase magnetväljaga, mille induktsioon on 1 T.
Magnetvoog läbi pinna S arvuliselt võrdne kogusega magnetvälja jooned, mis ületavad antud pinda.
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 algavad või lõpevad.
Biot-Savart-Laplace'i seadus ja selle rakendamine magnetväljade arvutamisel.
Erineva kujuga alalisvoolude magnetvälja uuris üksikasjalikult Fr. teadlased Biot ja Savard. Nad leidsid, et kõigil juhtudel on magnetiline induktsioon suvalises punktis võrdeline voolutugevusega ja sõltub juhi kujust, suurusest, 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: voolu juhtiva juhi iga element loob magnetvälja, mille induktsioonivektor mingis suvalises punktis K määratakse valemiga:
- Biot-Savart-Laplace'i seadus.
Biot-Sauvar-Laplace'i seadusest järeldub, et vektori suund langeb kokku vektori korrutise suunaga. Sama suuna annab parempoolse kruvi (kinnituse) reegel.
Võttes arvesse, et,
Vooluga kaasjuhitav juhtelement;
Raadiusvektor, mis ühendab punkti K;
Biot-Savart-Laplace'i seadus on praktilise tähtsusega, sest võimaldab leida antud ruumipunktis lõplike mõõtmetega ja suvalise kujuga juhti läbiva voolu magnetvälja induktsiooni.
Suvalise kujuga voolu puhul 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. Voolu kandva sirge juhi magnetväli.
piiratud pikkusega juhi jaoks:
lõpmatu pikkusega juhi puhul: 1 = 0, 2 =
B. Magnetväli ringvoolu keskpunktis:
=90 0, sin=1,
Oersted avastas 1820. aastal eksperimentaalselt, et tsirkulatsioon makrovoolude süsteemi ümbritsevas suletud ahelas on võrdeline nende voolude algebralise summaga. Proportsionaalsuskoefitsient sõltub ühikusüsteemi valikust ja SI-s on 1.
C
Vektori tsirkulatsiooni nimetatakse suletud ahela integraaliks.
Seda valemit nimetatakse tsirkulatsiooniteoreem ehk totaalne vooluseadus:
Magnetvälja tugevuse vektori tsirkulatsioon piki suvalist suletud vooluringi võrdub selle vooluringiga hõlmatud makrovoolude (või koguvoolu) algebralise summaga. tema omadused Voolusid ja püsimagneteid ümbritsevas ruumis tekib jõud valdkonnas, kutsus magnetiline. Kättesaadavus magnetiline väljad selgub...
Elektromagnetilise tegelikust struktuurist väljad Ja tema omadused levimine tasapinnaliste lainete kujul.
Artikkel >> FüüsikaELEKTROMAGNETI TEGELISE STRUKTUURI KOHTA VÄLJAD JA TEMA OMADUSED LEVIK TASANDILINETE KUJUL... muud singli komponendid väljad: elektromagnetiline valdkonnas vektorkomponentidega ja elektrilised valdkonnas komponentidega ja magnetiline valdkonnas koos komponentidega...
Magnetiline valdkonnas, ahelad ja induktsioon
Abstraktne >> Füüsika... väljad). Põhiline iseloomulik magnetiline väljad on tema vektoriga määratud jõud magnetiline induktsioon (induktsioonivektor magnetiline väljad). SI-s magnetiline... omades magnetiline hetk. Magnetiline valdkonnas Ja tema Parameetrid Suund magnetiline jooned ja...
Magnetiline valdkonnas (2)
Abstraktne >> FüüsikaJuhi 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 aktsepteeritud...
Magnetiline materjalid (2)
Abstraktne >> MajandusMaterjalid, mis puutuvad kokku magnetiline valdkonnas, väljendatud keeles tema muutused, nagu ka teistes... ja pärast kokkupuute lõpetamist magnetiline väljad.1. Põhiline omadused magnetiline materjalid Materjalide magnetilisi omadusi iseloomustatakse...