„Određivanje magnetnog polja“ – Prema podacima dobijenim tokom eksperimenata popuniti tabelu. J. Verne. Kada dovedemo magnet do magnetne igle, ona se okreće. Grafički prikaz magnetnih polja. Hans Christian Oersted. Električno polje. Magnet ima dva pola: sjeverni i južni. Faza generalizacije i sistematizacije znanja.

"Magnetno polje i njegov grafički prikaz" - Nejednoliko magnetno polje. Zavojnice sa strujom. magnetne linije. Amperova hipoteza. Unutar šipke magneta. Nasuprotni magnetni polovi. Polar Lights. Magnetno polje trajnog magneta. Magnetno polje. Zemljino magnetno polje. magnetni polovi. Biometrology. koncentrični krugovi. Uniformno magnetno polje.

"Energija magnetnog polja" - Skalarna vrijednost. Proračun induktivnosti. Trajna magnetna polja. Vrijeme za opuštanje. Definicija induktivnosti. energija zavojnice. Ekstrastruje u kolu sa induktivnošću. Procesi tranzicije. Gustoća energije. Elektrodinamika. Oscilatorno kolo. Pulsno magnetno polje. Samoindukcija. Gustoća energije magnetsko polje.

"Karakteristike magnetnog polja" - Linije magnetne indukcije. Gimletovo pravilo. Rotirajte duž linija sile. Kompjuterski model Zemljinog magnetnog polja. Magnetna konstanta. Magnetna indukcija. Broj nosilaca naboja. Tri načina za postavljanje vektora magnetske indukcije. Magnetno polje električne struje. Fizičar William Hilbert.

"Svojstva magnetnog polja" - Vrsta supstance. Magnetna indukcija magnetnog polja. Magnetna indukcija. Trajni magnet. Neke vrijednosti magnetne indukcije. Magnetna igla. Zvučnik. Modul vektora magnetske indukcije. Linije magnetne indukcije su uvijek zatvorene. Interakcija struja. Obrtni moment. Magnetna svojstva materije.

"Kretanje čestica u magnetskom polju" - Spektrograf. Manifestacija djelovanja Lorentzove sile. Lorencova sila. Cyclotron. Određivanje veličine Lorentzove sile. Test pitanja. Smjerovi Lorentzove sile. Međuzvjezdana materija. Zadatak eksperimenta. Promijenite postavke. Magnetno polje. Maseni spektrograf. Kretanje čestica u magnetskom polju. Katodna cijev.

Ukupno ima 20 prezentacija u ovoj temi

Kao što električni naboj u mirovanju djeluje na drugi naboj kroz električno polje, električna struja djeluje na drugu struju kroz električno polje magnetsko polje. Djelovanje magnetskog polja na trajne magnete svodi se na njegovo djelovanje na naboje koji se kreću u atomima tvari i stvaraju mikroskopske kružne struje.

Doctrine of elektromagnetizam na osnovu dvije pretpostavke:

• magnetsko polje djeluje na pokretne naboje i struje;
• magnetno polje nastaje oko struja i pokretnih naelektrisanja.

Interakcija magneta

Trajni magnet(ili magnetna igla) je orijentisana duž magnetnog meridijana Zemlje. Zove se kraj koji pokazuje sjever sjeverni pol(N) a suprotni kraj je Južni pol (S). Približavajući dva magneta jedan drugom, primjećujemo da se njihovi slični polovi odbijaju, a suprotni privlače ( pirinač. jedan ).

Ako razdvojimo polove rezanjem permanentnog magneta na dva dijela, onda ćemo naći da će svaki od njih također imati dva pola, tj. biće trajni magnet ( pirinač. 2 ). Oba pola - sjeverni i južni - su neodvojivi jedan od drugog, jednaki.

Magnetno polje koje stvara Zemlja ili trajni magneti prikazano je, kao i električno polje, magnetnim linijama sile. Slika linija magnetnog polja bilo kog magneta može se dobiti stavljanjem lista papira preko njega, na koji se u jednoličnom sloju izlivaju željezne strugotine. Ulazeći u magnetno polje, piljevina se magnetizira - svaka od njih ima sjeverni i južni pol. Suprotni polovi imaju tendenciju da se približavaju jedan drugom, ali to se sprječava trenjem piljevine o papir. Ako prstom lupkate po papiru, trenje će se smanjiti i strugotine će se međusobno privlačiti, formirajući lance koji predstavljaju linije magnetskog polja.

Na pirinač. 3 prikazuje lokaciju u polju direktnog magneta piljevine i male magnetne strelice koje pokazuju smjer linija magnetskog polja. Za ovaj pravac se uzima smjer sjeverni pol magnetna igla.

Oerstedovo iskustvo. Struja magnetnog polja

AT početkom XIX in. Danski naučnik Oersted učinio važno otkriće, otkrivanje djelovanje električne struje na trajne magnete . Postavio je dugačku žicu blizu magnetne igle. Kada je struja prošla kroz žicu, strelica se okrenula, pokušavajući da bude okomita na nju ( pirinač. četiri ). Ovo se može objasniti pojavom magnetnog polja oko provodnika.

Magnetne linije sile polja koje stvara direktni provodnik sa strujom su koncentrične kružnice koje se nalaze u ravni koja je okomita na njega, sa centrima u tački kroz koju struja prolazi ( pirinač. 5 ). Smjer linija određen je pravilom desnog vijka:

Ako se zavrtanj okrene u smjeru linija polja, kretat će se u smjeru struje u vodiču .

Karakteristika sile magnetnog polja je vektor magnetne indukcije B . U svakoj tački je usmjeren tangencijalno na liniju polja. Linije električnog polja počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim, a sila koja u tom polju djeluje na naboj usmjerena je tangencijalno na liniju u svakoj njenoj tački. Za razliku od električnog polja, linije magnetskog polja su zatvorene, što je zbog odsustva "magnetnih naboja" u prirodi.

Magnetno polje struje se u osnovi ne razlikuje od polja koje stvara stalni magnet. U tom smislu, analog ravnog magneta je dugačak solenoid - zavojnica žice, čija je dužina mnogo veća od njenog promjera. Dijagram linija magnetskog polja koje je stvorio, prikazan u pirinač. 6 , slično onom za ravni magnet ( pirinač. 3 ). Krugovi označavaju dijelove žice koji čine solenoidni namotaj. Struje koje teku kroz žicu od posmatrača označene su križićima, a struje u suprotnom smjeru - prema posmatraču - označene su tačkama. Iste oznake su prihvaćene za linije magnetnog polja kada su okomite na ravninu crteža ( pirinač. 7 a, b).

Smjer struje u namotu solenoida i smjer linija magnetskog polja unutar njega također su povezani pravilom desnog vijka, koje je u ovom slučaju formulirano na sljedeći način:

Ako pogledate duž osi solenoida, tada struja koja teče u smjeru kazaljke na satu stvara magnetsko polje u njemu, čiji se smjer poklapa sa smjerom kretanja desnog vijka ( pirinač. osam )

Na osnovu ovog pravila, lako je zaključiti da je solenoid prikazan pirinač. 6 , njegov desni kraj je sjeverni pol, a njegov lijevi kraj je južni pol.

Magnetno polje unutar solenoida je homogeno - vektor magnetne indukcije ima konstantnu vrijednost (B = const). U tom pogledu, solenoid je sličan ravnom kondenzatoru, unutar kojeg se stvara jednolično električno polje.

Sila koja djeluje u magnetskom polju na provodnik sa strujom

Eksperimentalno je utvrđeno da na provodnik sa strujom u magnetskom polju djeluje sila. U jednoličnom polju, pravolinijski provodnik dužine l, kroz koji teče struja I, koji se nalazi okomito na vektor polja B, doživljava silu: F = I l B .

Određuje se smjer sile pravilo leve ruke:

Ako su četiri ispružena prsta lijeve ruke postavljena u smjeru struje u provodniku, a dlan okomit na vektor B, tada je ostavljeno thumb označava smjer sile koja djeluje na provodnik (pirinač. 9 ).

Treba napomenuti da sila koja djeluje na vodič sa strujom u magnetskom polju nije usmjerena tangencijalno na njegove linije sile, kao električna sila, već okomita na njih. Provodnik koji se nalazi duž linija sile nije pod utjecajem magnetske sile.

Jednačina F = IlB dajmo kvantitativna karakteristika indukcija magnetnog polja.

Stav ne zavisi od svojstava provodnika i karakteriše samo magnetsko polje.

Modul vektora magnetske indukcije B numerički je jednak sili koja djeluje na provodnik jedinične dužine koji se nalazi okomito na njega, kroz koji teče struja od jednog ampera.

U SI sistemu jedinica indukcije magnetnog polja je tesla (T):

Magnetno polje. Tabele, dijagrami, formule

(Interakcija magneta, Oerstedov eksperiment, vektor magnetne indukcije, smjer vektora, princip superpozicije. Grafički prikaz magnetnih polja, linije magnetne indukcije. Magnetni fluks, energetska karakteristika polja. Magnetne sile, Amperova sila, Lorentzova sila. Kretanje nabijenih čestica u magnetnom polju. Magnetna svojstva materije, Amperova hipoteza)

Sve formule su uzete u strogom skladu sa Federalni zavod za pedagoška mjerenja (FIPI)

3.3 MAGNETNO POLJE

3.3.1 Mehanička interakcija magneti

U blizini električnog naboja formira se neobičan oblik materije - električno polje. Oko magneta postoji sličan oblik materije, ali ima drugačiju prirodu porijekla (na kraju krajeva, ruda je električno neutralna), naziva se magnetsko polje. Za proučavanje magnetnog polja koriste se ravni magneti ili magneti u obliku potkovice. Određena mjesta magneta imaju najveći privlačan učinak, nazivaju se polovi (sjeverni i južni). Suprotni magnetni polovi se privlače, a slični polovi odbijaju.

Magnetno polje. Vektor magnetne indukcije

Za karakteristiku snage magnetnog polja koristi se vektor indukcije magnetnog polja B. Magnetsko polje je grafički prikazano pomoću linija sile (linije magnetne indukcije). Linije su zatvorene, nemaju ni početak ni kraj. Mjesto iz kojeg izlaze magnetne linije je Sjeverni pol (Sjever), magnetne linije ulaze u Južni pol (Južni).

Magnetna indukcija B [Tl]- vektor fizička količina, što je karakteristika sile magnetnog polja.

Princip superpozicije magnetnih polja - ako magnetsko polje u datoj tački u prostoru stvara više izvora polja, tada je magnetna indukcija vektorski zbir indukcija svakog od polja posebno :

Linije magnetnog polja. Uzorak polja trakastih i potkovičastih trajnih magneta

3.3.2 Oerstedovo iskustvo. Magnetno polje provodnika sa strujom. Obrazac linija polja dugog ravnog vodiča i zatvorenog prstenastog vodiča, zavojnice sa strujom

Magnetno polje postoji ne samo oko magneta, već i oko bilo kojeg provodnika sa strujom. Oerstedov eksperiment pokazuje djelovanje električne struje na magnet. Ako se ravan provodnik, kroz koji teče struja, provuče kroz rupu u listu kartona, na kojoj su razbacane fine željezne ili čelične strugotine, onda formiraju koncentrične krugove čiji se centar nalazi na osi vodiča. . Ovi krugovi predstavljaju linije sile magnetskog polja provodnika sa strujom.

3.3.3 Amperska sila, njen smjer i veličina:

Snaga pojačala je sila koja djeluje na provodnik sa strujom u magnetskom polju. Smjer Amperove sile određen je pravilom lijeve ruke: ako je lijeva ruka postavljena tako da okomita komponenta vektora magnetske indukcije B ulazi u dlan, a četiri ispružena prsta su usmjerena u smjeru struje, tada će palac savijen za 90 stepeni pokazati smjer sile koja djeluje na segmentni provodnik sa strujom, odnosno ampersku silu.

gdje I- jačina struje u provodniku;

B

L je dužina provodnika u magnetskom polju;

α je ugao između vektora magnetskog polja i smjera struje u vodiču.

3.3.4 Lorentzova sila, njen smjer i veličina:

Budući da je električna struja uređeno kretanje naelektrisanja, djelovanje magnetskog polja na provodnik sa strujom rezultat je njegovog djelovanja na pojedinačna naelektrisanja koja se kreću. Sila koju magnetno polje djeluje na naboje koji se kreću u njemu naziva se Lorentzova sila. Lorencova sila je određena relacijom:

gdje q je veličina pokretnog naboja;

V- modul njegove brzine;

B je modul vektora indukcije magnetskog polja;

α je ugao između vektora brzine punjenja i vektora magnetske indukcije.

Imajte na umu da je Lorentzova sila okomita na brzinu i stoga ne radi, ne mijenja modul brzine punjenja i njen kinetička energija. Ali smjer brzine se kontinuirano mijenja.

Lorentzova sila je okomita na vektore AT i v, a njegov smjer je određen korištenjem istog pravila lijeve ruke kao i smjer Amperove sile: ako je lijeva ruka postavljena tako da komponenta magnetske indukcije AT, okomito na brzinu naboja, ušao je u dlan, a četiri prsta su bila usmjerena duž kretanja pozitivnog naboja (protiv kretanja negativnog naboja, na primjer, elektrona), tada će palac savijen za 90 stepeni pokazati smjer Lorentzova sila koja djeluje na naboj Fl.

Kretanje nabijene čestice u jednoličnom magnetskom polju

Kada se naelektrisana čestica kreće u magnetskom polju, Lorentzova sila ne radi. Stoga se modul vektora brzine ne mijenja kada se čestica kreće. Ako se nabijena čestica kreće u jednoličnom magnetskom polju pod djelovanjem Lorentzove sile, a njena brzina leži u ravni okomitoj na vektor, tada će se čestica kretati duž kružnice polumjera R.

U ovoj lekciji, čija je tema: „Magnetno polje jednosmerne električne struje“, naučićemo šta je magnet, kako je u interakciji sa drugim magnetima, zapisati definicije magnetnog polja i vektora magnetske indukcije, a takođe koristite pravilo gimleta da odredite smjer vektora magnetske indukcije.

Svako od vas je držao magnet u svojim rukama i zna njegovu nevjerovatnu osobinu: djeluje na daljinu s drugim magnetom ili s komadom željeza. Šta je to u magnetu što mu daje ova neverovatna svojstva? Možete li napraviti svoj magnet? Moguće je, a šta je za to potrebno - naučit ćete iz naše lekcije. Hajdemo unaprijed: ako uzmemo običan željezni ekser, on neće imati magnetna svojstva, ali ako ga omotamo žicom i spojimo na bateriju, dobićemo magnet (vidi sliku 1).

Rice. 1. Ekser omotan žicom i spojen na bateriju

Ispostavilo se da je za dobijanje magneta potrebna električna struja - kretanje električnog naboja. Svojstva trajnih magneta, kao što su magneti za frižider, takođe su povezana sa kretanjem električnog naboja. Određeni magnetski naboj, poput električnog, ne postoji u prirodi. Nije potrebno, dovoljno pokretnih električnih naboja.

Prije istraživanja magnetskog polja jednosmjerne električne struje, potrebno je dogovoriti se o tome kako kvantitativno opisati magnetsko polje. Za kvantitativni opis magnetne pojave potrebno je uvesti silnu karakteristiku magnetnog polja. Vektorska veličina koja kvantitativno karakterizira magnetsko polje naziva se magnetska indukcija. Obično se označava velikim latiničnim slovom B, mjereno u Tesli.

Magnetna indukcija je vektorska veličina, koja je karakteristika sile magnetskog polja u datoj tački u prostoru. Smjer magnetskog polja određen je analogno modelu elektrostatike, u kojem je polje karakterizirano djelovanjem na probni naboj u mirovanju. Samo ovdje se kao "probni element" koristi magnetna igla (izduženi trajni magnet). Videli ste takvu strelicu u kompasu. Smjer magnetskog polja u nekoj tački uzima se za smjer koji će ukazati na sjeverni pol N magnetne igle nakon preorijentacije (vidi sliku 2).

Potpuna i jasna slika magnetnog polja može se dobiti konstruisanjem takozvanih linija magnetnog polja (vidi sliku 3).

Rice. 3. Linije polja magnetnog polja stalnog magneta

Ovo su linije koje pokazuju smjer vektora magnetske indukcije (tj. smjer N pola magnetne igle) u svakoj tački u prostoru. Uz pomoć magnetne igle, tako se može dobiti slika linija sile različitih magnetnih polja. Evo, na primjer, slike linija magnetnog polja stalnog magneta (vidi sliku 4).

Rice. 4. Linije polja magnetnog polja stalnog magneta

Magnetno polje postoji u svakoj tački, ali crtamo linije na određenoj udaljenosti jedna od druge. Ovo je samo način da se prikaže magnetno polje, slično kao što smo uradili sa jačinom električnog polja (vidi sliku 5).

Rice. 5. Linije jačine električnog polja

Što su linije gušće povučene, veći je modul magnetne indukcije u datom području prostora. Kao što možete vidjeti (vidi sliku 4), linije sile izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni pol. Unutar magneta, linije polja se također nastavljaju. Za razliku od linija električnog polja, koje počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim nabojima, linije magnetnog polja su zatvorene (vidi sliku 6).

Rice. 6. Linije magnetnog polja su zatvorene

Polje čije su linije sile zatvorene naziva se vrtložno polje. vektorsko polje. Elektrostatičko polje nije vrtložno, ono je potencijalno. Osnovna razlika između vrtložnog i potencijalnog polja je u tome što je rad potencijalno polje je jednako nuli na bilo kojoj zatvorenoj putanji, to nije tako za vrtložno polje. Zemlja je takođe ogroman magnet, ima magnetno polje koje detektujemo iglom kompasa. Pročitajte više o Zemljinom magnetnom polju u grani.

Naša planeta Zemlja je veliki magnet čiji se polovi nalaze u blizini presjeka površine s osom rotacije. Geografski, to su Južni i Sjeverni pol. Zato strelica u kompasu, koja je ujedno i magnet, stupa u interakciju sa Zemljom. Orijentiran je tako da jedan kraj pokazuje na sjeverni pol, a drugi na južni (vidi sliku 7). Fig.7. Strelica u kompasu je u interakciji sa Zemljom Onaj koji pokazuje na Sjeverni pol Zemlje označen je N, što znači Sjever - u prijevodu sa engleskog kao "Sjever". I onaj koji pokazuje na Južni pol Zemlje - S, što znači Jug - u prijevodu sa engleskog "Jug". Budući da se suprotni polovi magneta privlače, sjeverni pol strelice pokazuje na južni magnetni pol Zemlje (vidi sliku 8). Rice. 8. Interakcija kompasa i magnetnih polova Zemlje Ispostavilo se da se južni magnetni pol nalazi na sjevernom geografskom području. I obrnuto, sjeverni magnet se nalazi na južnom geografskom polu Zemlje.

Sada, nakon što smo se upoznali s modelom magnetskog polja, ispitujemo polje vodiča s jednosmjernom strujom. Još u 19. veku, danski naučnik Ersted je otkrio da magnetna igla stupa u interakciju sa provodnikom kroz koji teče električna struja (vidi sliku 9).

Rice. 9. Interakcija magnetne igle sa provodnikom

Praksa pokazuje da će u magnetskom polju pravolinijskog vodiča sa strujom magnetna igla u svakoj tački biti postavljena tangencijalno na određeni krug. Ravan ovog kruga je okomita na provodnik sa strujom, a njegovo središte leži na osi provodnika (vidi sliku 10).

Rice. 10. Položaj magnetne igle u magnetnom polju ravnog provodnika

Ako promijenite smjer protoka struje kroz provodnik, tada će se magnetna igla u svakoj tački okrenuti u suprotnom smjeru (vidi sliku 11).

Rice. 11. Prilikom promjene smjera toka električne struje

Odnosno, smjer magnetskog polja ovisi o smjeru protoka struje kroz provodnik. Ova zavisnost se može opisati jednostavnom eksperimentalno utvrđenom metodom - pravila gimleta:

ako smjer kretanje napred Gimlet se poklapa sa smjerom struje u vodiču, tada se smjer rotacije njegove ručke poklapa sa smjerom magnetskog polja koje stvara ovaj provodnik (vidi sliku 12).

Dakle, magnetsko polje vodiča sa strujom usmjereno je u svakoj tački tangencijalno na kružnicu koja leži u ravni okomitoj na provodnik. Središte kružnice poklapa se sa osom provodnika. Smjer vektora magnetskog polja u svakoj tački povezan je sa smjerom struje u vodiču po pravilu gimleta. Empirijski, pri promjeni jačine struje i udaljenosti od vodiča, utvrđeno je da je modul vektora magnetske indukcije proporcionalan struji i obrnuto proporcionalan udaljenosti od vodiča. Modul vektora magnetske indukcije polja koje stvara beskonačan provodnik sa strujom jednak je:

gdje je koeficijent proporcionalnosti, koji se često nalazi u magnetizmu. Zove se magnetska permeabilnost vakuuma. Brojčano jednako:

Za magnetna polja, kao i za električna, važi princip superpozicije. Magnetna polja koja stvaraju različiti izvori u jednoj tački prostora se sabiraju (vidi sliku 13).

Rice. 13. Magnetna polja iz različitih izvora se zbrajaju

Ukupna karakteristika snage takvog polja će biti vektorska suma karakteristike snage polja svakog od izvora. Veličina magnetne indukcije polja koje stvara struja u određenoj tački može se povećati savijanjem provodnika u krug. Ovo će biti jasno ako uzmemo u obzir magnetska polja malih segmenata takve zavojnice žice u tački unutar ovog zavojnice. Na primjer, u centru.

Segment označen , prema pravilu gimleta, u njemu stvara polje prema gore (vidi sliku 14).

Rice. 14. Magnetno polje segmenata

Segment na sličan način stvara magnetsko polje u ovoj tački usmjereno tamo. Isto važi i za ostale segmente. Tada će ukupna karakteristika sile (tj. vektor magnetske indukcije B) u ovoj tački biti superpozicija karakteristika sile magnetskih polja svih malih segmenata u ovoj tački i bit će usmjerena prema gore (vidi sliku 15).

Rice. 15. Karakteristika ukupne snage u centru zavojnice

Za proizvoljni kalem, ne nužno u obliku kruga, na primjer, za kvadratni okvir (vidi sliku 16), vrijednost vektora unutar zavojnice će prirodno ovisiti o obliku, veličini zavojnice i struji jačine u njemu, ali će smjer vektora magnetske indukcije uvijek biti određen na isti način (kao superpozicija polja stvorenih malim segmentima).

Rice. 16. Magnetno polje segmenata kvadratnog okvira

Detaljno smo opisali određivanje smjera polja unutar zavojnice, ali u općenitom slučaju to se može naći mnogo lakše, prema malo izmijenjenom pravilu gimleta:

ako rotirate ručicu gimleta u smjeru u kojem struja teče u zavojnici, tada će vrh vrška ukazati na smjer vektora magnetske indukcije unutar zavojnice (vidi sliku 17).

Odnosno, sada rotacija ručke odgovara smjeru struje, a kretanje gimleta odgovara smjeru polja. A ne obrnuto, kao što je bio slučaj sa ravnim provodnikom. Ako je dugačak provodnik, kroz koji teče struja, namotan u oprugu, tada će ovaj uređaj biti skup zavoja. Magnetna polja svakog zavoja zavojnice će se zbrajati prema principu superpozicije. Dakle, polje koje stvara zavojnica u nekom trenutku će biti zbir polja stvorenih svakim od zavojaka u toj tački. Sliku linija polja polja takvog namotaja vidite na Sl. osamnaest.

Rice. 18. Električni vodovi zavojnice

Takav uređaj se naziva zavojnica, solenoid ili elektromagnet. Lako je uočiti da će magnetna svojstva zavojnice biti ista kao kod trajnog magneta (vidi sliku 19).

Rice. 19. Magnetna svojstva zavojnice i trajnog magneta

Jedna strana zavojnice (koja je na gornjoj slici) igra ulogu sjevernog pola magneta, a druga strana - južnog pola. Takav uređaj se široko koristi u tehnologiji, jer se njime može kontrolirati: postaje magnet samo kada se uključi struja u zavojnici. Imajte na umu da su linije magnetnog polja unutar zavojnice gotovo paralelne i guste. Polje unutar solenoida je vrlo jako i ujednačeno. Polje izvan zavojnice je neujednačeno, mnogo je slabije od polja unutar zavojnice i usmjereno je u suprotnom smjeru. Smjer magnetskog polja unutar zavojnice određen je pravilom gimleta kao za polje unutar jednog zavoja. Za smjer rotacije ručke uzimamo smjer struje koja teče kroz zavojnicu, a pomicanje gimleta ukazuje na smjer magnetskog polja unutar njega (vidi sliku 20).

Rice. 20. Pravilo vretena za kolut

Ako kalem sa strujom postavite u magnetsko polje, on će se preorijentisati kao magnetna igla. Moment sile koja uzrokuje rotaciju povezan je s modulom vektora magnetske indukcije u datoj tački, površinom zavojnice i jačinom struje u njoj sljedećim odnosom:

Sada nam postaje jasno otkud magnetska svojstva trajnog magneta: elektron koji se kreće u atomu po zatvorenoj putanji je poput zavojnice sa strujom i, kao zavojnica, ima magnetsko polje. I, kao što smo vidjeli na primjeru zavojnice, mnogi zavoji struje, poredani na određeni način, imaju jako magnetsko polje.

Polje koje stvaraju trajni magneti rezultat je kretanja naelektrisanja unutar njih. A ti naboji su elektroni u atomima (vidi sliku 21). Rice. 21. Kretanje elektrona u atomima Objasnimo mehanizam njegovog nastanka na kvalitativnom nivou. Kao što znate, elektroni u atomu su u pokretu. Dakle, svaki elektron, u svakom atomu, stvara svoje magnetsko polje, tako se dobija ogroman broj magneta veličine atoma. U većini supstanci, ovi magneti i njihova magnetna polja su nasumično orijentirani. Stoga je ukupno magnetsko polje koje stvara tijelo jednako nuli. Ali postoje supstance u kojima su magnetna polja koja stvaraju pojedinačni elektroni orijentisana na isti način (vidi sliku 22). Rice. 22. Magnetna polja su isto orijentisana Stoga se magnetska polja koja stvara svaki elektron zbrajaju. Kao rezultat toga, tijelo napravljeno od takve tvari ima magnetno polje i stalni je magnet. U vanjskom magnetskom polju pojedini atomi ili grupe atoma, koji, kako smo saznali, imaju svoje magnetsko polje, okreću se poput igle kompasa (vidi sliku 23). Rice. 23. Rotacija atoma u vanjskom magnetskom polju Ako prije toga nisu bili orijentirani u jednom smjeru i nisu formirali jako ukupno magnetsko polje, onda će se nakon sređivanja elementarnih magneta njihova magnetna polja zbrajati. A ako se nakon djelovanja vanjskog polja sačuva red, tvar će ostati magnet. Opisani proces naziva se magnetizacija.

Označite polove izvora struje koji napaja solenoid na sl. 24 interakcije. Razmotrimo: solenoid u kojem teče jednosmjerna struja ponaša se poput magneta.

Rice. 24. Izvor struje

Prema sl. 24 pokazuje da je magnetna igla orijentirana južnim polom prema solenoidu. Kao polovi magneta se odbijaju, dok se suprotni polovi privlače. Iz ovoga slijedi da je lijevi pol samog solenoida sjeverni (vidi sliku 25).

Rice. 25. Lijevi pol solenoida sjever

Linije magnetske indukcije napuštaju sjeverni pol i ulaze u južni. To znači da je polje unutar solenoida usmjereno ulijevo (vidi sliku 26).

Rice. 26. Polje unutar solenoida je usmjereno ulijevo

Pa, smjer polja unutar solenoida određen je pravilom gimleta. Znamo da je polje usmjereno ulijevo, pa zamislimo da je gimlet zavrtan u ovom pravcu. Tada će njegova ručka pokazati smjer struje u solenoidu - s desna na lijevo (vidi sliku 27).

Smjer struje određen je smjerom kretanja pozitivnog naboja. Pozitivan naboj se kreće od tačke sa velikim potencijalom (pozitivni pol izvora) do tačke sa manjim (negativni pol izvora). Dakle, pol izvora koji se nalazi na desnoj strani je pozitivan, a na lijevoj je negativan (vidi sliku 28).

Rice. 28. Određivanje polova izvora

Zadatak 2

Okvir površine 400 postavljen je u jednolično magnetsko polje sa indukcijom od 0,1 T tako da je normala okvira okomita na linije indukcije. Pri kojoj jačini struje će moment 20 djelovati na okvir (vidi sliku 29)?

Rice. 29. Crtež za zadatak 2

Razmotrimo: moment sile koja uzrokuje rotaciju povezan je s modulom vektora magnetske indukcije u datoj tački, površinom zavojnice i jačinom struje u njoj sljedećim odnosom:

U našem slučaju svi potrebni podaci su dostupni. Ostaje izraziti željenu snagu struje i izračunati odgovor:

Problem riješen.

Bibliografija

1. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: Priručnik sa primjerima rješavanja problema. - 2. redistribucija izdanja. - X.: Vesta: Izdavačka kuća "Ranok", 2005. - 464 str.
2. Myakishev G.Ya. Fizika: Proc. za 11 ćelija. opšte obrazovanje institucije. - M.: Obrazovanje, 2010.

1. Internet portal "Hipermarket znanja" ()
2. Internet portal "Jedinstvena zbirka DER" ()

Zadaća

Predavanje: Oerstedovo iskustvo. Magnetno polje provodnika sa strujom. Obrazac linija polja dugog ravnog vodiča i zatvorenog prstenastog vodiča, zavojnice sa strujom

Oerstedovo iskustvo

Magnetska svojstva nekih supstanci poznata su ljudima od davnina. Međutim, ne tako staro otkriće je da su magnetska i električna priroda supstanci međusobno povezane. Ova veza je prikazana Oersted koji je vodio eksperimente sa strujni udar. Sasvim slučajno, pored provodnika kroz koji teče struja, nalazi se magnet. On je prilično oštro promijenio smjer u trenutku kada je struja prolazila kroz žice i vratio se u prvobitni položaj kada je ključ kruga bio otvoren.

Iz ovog iskustva se zaključilo da se oko vodiča kroz koji teče struja formira magnetsko polje. To jest, možete zaključak: električno polje izazivaju svi naboji, a magnetsko polje samo oko naboja koji imaju usmjereno kretanje.

Magnetno polje provodnika

Ako uzmemo u obzir poprečni presjek vodiča sa strujom, tada će njegove magnetske linije imati krugove različitog prečnika oko provodnika.

Da biste odredili smjer struje ili linija magnetskog polja oko vodiča, koristite pravilo desni vijak:

Ako zgrabite provodnik desnom rukom i uperite palac duž njega u smjeru struje, tada će savijeni prsti pokazati smjer linija magnetskog polja.

Karakteristika snage magnetnog polja je magnetna indukcija. Ponekad se linije magnetnog polja nazivaju indukcijskim linijama.

Indukcija se označava i mjeri na sljedeći način: [V] = 1 T.

Kao što se sjećate, princip superpozicije vrijedio je za silu karakterističnu za električno polje, isto se može reći i za magnetsko polje. To jest, rezultirajuća indukcija polja jednaka je zbroju vektora indukcije u svakoj tački.

kalem sa strujom

Kao što znate, vodiči mogu imati različit oblik, uključujući nekoliko zavoja. Oko takvog provodnika se formira i magnetsko polje. Da biste ga odredili, koristite pravilo gimleta:

Ako zavojnice zakopčate rukom tako da ih 4 savijena prsta zahvate, palac će pokazati smjer magnetskog polja.