"A mágneses tér meghatározása" - A kísérletek során kapott adatok szerint töltse ki a táblázatot! J. Verne. Amikor mágnest viszünk a mágnestűhöz, az elfordul. Mágneses mezők grafikus ábrázolása. Hans Christian Oersted. Elektromos mező. A mágnesnek két pólusa van: északi és déli. Az ismeretek általánosításának és rendszerezésének szakasza.

"Mágneses mező és grafikus ábrázolása" - Nem egyenletes mágneses tér. Tekercsek árammal. mágneses vonalak. Ampère hipotézise. A rúdmágnes belsejében. Ellentétes mágneses pólusok. Sarki fény. Az állandó mágnes mágneses tere. Mágneses mező. A Föld mágneses tere. mágneses pólusok. Biometrológia. koncentrikus körök. Egységes mágneses tér.

"Mágneses mező energia" - Skaláris érték. Az induktivitás számítása. Permanens mágneses mezők. Pihenő idő. Az induktivitás definíciója. tekercs energia. Extraáramok egy induktivitású áramkörben. Átmeneti folyamatok. Energia sűrűség. Elektrodinamika. Oszcillációs áramkör. Impulzus mágneses tér. Önindukció. Energia sűrűség mágneses mező.

"A mágneses mező jellemzői" - Mágneses indukció vonalai. Gimlet szabálya. Forgasd az erővonalak mentén. A Föld mágneses mezejének számítógépes modellje. Mágneses állandó. Mágneses indukció. A töltéshordozók száma. A mágneses indukciós vektor beállításának három módja. Az elektromos áram mágneses tere. William Hilbert fizikus.

"A mágneses tér tulajdonságai" - Az anyag típusa. Mágneses tér mágneses indukciója. Mágneses indukció. Állandómágnes. A mágneses indukció néhány értéke. Mágneses tű. Hangszóró. Mágneses indukciós vektor modulusa. A mágneses indukció vonalai mindig zártak. Az áramok kölcsönhatása. Nyomaték. Az anyag mágneses tulajdonságai.

"Részecskék mozgása mágneses térben" - Spektrográf. A Lorentz-erő hatásának megnyilvánulása. Lorentz erő. Ciklotron. A Lorentz-erő nagyságának meghatározása. Tesztkérdések. A Lorentz-erő irányai. Csillagközi anyag. A kísérlet feladata. Beállítások megváltoztatása. Mágneses mező. Tömegspektrográf. Részecskék mozgása mágneses térben. Katódsugárcső.

A témában összesen 20 előadás hangzik el

Ahogy az elektromos töltés nyugalmi állapotban egy másik töltésre hat elektromos mezőn keresztül, az elektromos áram egy másik, átmenő áramra hat mágneses mező. A mágneses tér állandó mágnesekre gyakorolt ​​hatása az anyag atomjaiban mozgó és mikroszkopikus körkörös áramokat létrehozó töltésekre redukálódik.

doktrínája elektromágnesesség két feltételezés alapján:

• a mágneses tér mozgó töltésekre és áramokra hat;
• áramok és mozgó töltések körül mágneses tér keletkezik.

Mágnesek kölcsönhatása

Állandómágnes(vagy mágneses tű) a Föld mágneses meridiánja mentén helyezkedik el. Az északra mutató vég ún északi sark(N) és az ellenkező vége az Déli-sark (S). Két mágnest egymáshoz közelítve észrevesszük, hogy a hasonló pólusaik taszítják, a szemben lévők pedig vonzzák ( rizs. egy ).

Ha szétválasztjuk a pólusokat úgy, hogy az állandó mágnest két részre vágjuk, akkor azt fogjuk látni, hogy mindegyiknek meglesz két pólus, azaz állandó mágnes lesz ( rizs. 2 ). Mindkét pólus - északi és déli - elválaszthatatlan egymástól, egyenlő.

A Föld vagy az állandó mágnesek által létrehozott mágneses mezőt az elektromos mezőhöz hasonlóan mágneses erővonalak ábrázolják. Bármely mágnes mágneses erővonalairól képet kaphatunk, ha ráhelyezünk egy papírlapot, amelyre egyenletes rétegben vasreszeléket öntünk. Mágneses mezőbe kerülve a fűrészpor mágnesezett lesz - mindegyiknek északi és déli pólusa van. A szemközti pólusok hajlamosak közeledni egymáshoz, de ezt megakadályozza a fűrészpor súrlódása a papíron. Ha az ujjával megütögeti a papírt, a súrlódás csökken, és a reszelések egymáshoz vonzódnak, láncokat képezve, amelyek egy mágneses mező vonalait képviselik.

A rizs. 3 a fűrészpor közvetlen mágnesének és a mágneses erővonalak irányát jelző kis mágneses nyilaknak a helyét mutatja a mezőben. Erre az irányra az irányt vették északi sark mágneses tű.

Oersted tapasztalata. Mágneses mező áram

NÁL NÉL eleje XIX ban ben. dán tudós Oersted készült fontos felfedezés, felfedezni elektromos áram hatása állandó mágnesekre . Egy hosszú vezetéket helyezett a mágnestű közelébe. Amikor áramot vezettek át a vezetéken, a nyíl elfordult, és megpróbált merőleges lenni rá ( rizs. 4 ). Ez a vezető körüli mágneses tér megjelenésével magyarázható.

Az egyenáramú vezető által létrehozott mező mágneses erővonalai koncentrikus körök, amelyek egy rá merőleges síkban helyezkednek el, és középpontjuk az áram áthaladási pontjában van ( rizs. 5 ). A vonalak irányát a jobb oldali csavarszabály határozza meg:

Ha a csavart az erővonalak irányába forgatjuk, akkor a vezetőben lévő áram irányába fog elmozdulni .

A mágneses térre jellemző erő az mágneses indukciós vektor B . Minden pontban érintőlegesen irányul a mezővonalhoz. Az elektromos térerővonalak pozitív töltéseken kezdődnek és negatív töltéseken végződnek, és az ebben a mezőben egy töltésre ható erő tangenciálisan irányul az egyenesre annak minden pontjában. Az elektromos térrel ellentétben a mágneses mező vonalai zártak, ami a "mágneses töltések" hiányának köszönhető.

Az áram mágneses tere alapvetően nem különbözik az állandó mágnes által létrehozott mezőtől. Ebben az értelemben a lapos mágnes analógja egy hosszú mágnesszelep - egy huzaltekercs, amelynek hossza sokkal nagyobb, mint az átmérője. Az általa létrehozott mágneses tér vonalainak diagramja, amelyben ábrázolt rizs. 6 , hasonló a lapos mágneshez ( rizs. 3 ). A körök a szolenoid tekercsét alkotó vezetékszakaszokat jelölik. A vezetéken átfolyó áramokat a megfigyelőből keresztek, az ellenkező irányú - a megfigyelő felé irányuló - áramokat pedig pontok jelzik. Ugyanezeket a jelöléseket fogadjuk el a mágneses erővonalaknál, ha merőlegesek a rajz síkjára ( rizs. 7 a, b).

A mágnestekercsben lévő áram iránya és a benne lévő mágneses erővonalak iránya szintén összefügg a jobb csavarozás szabályával, amely ebben az esetben a következőképpen fogalmazódik meg:

Ha a mágnesszelep tengelye mentén nézünk, akkor az óramutató járásával megegyező irányban folyó áram mágneses mezőt hoz létre benne, amelynek iránya egybeesik a jobb oldali csavar mozgási irányával ( rizs. nyolc )

E szabály alapján könnyen kitalálható, hogy az ábrán látható mágnesszelep rizs. 6 , jobb vége az északi pólus, bal vége pedig a déli pólus.

A mágneses tér a szolenoid belsejében homogén - a mágneses indukciós vektornak ott állandó értéke van (B = const). Ebben a tekintetben a mágnesszelep hasonló egy lapos kondenzátorhoz, amelyen belül egyenletes elektromos mező jön létre.

Az árammal rendelkező vezetőre mágneses térben ható erő

Kísérletileg megállapították, hogy mágneses térben erő hat az áramot vezető vezetőre. Egyenletes térben a B térvektorra merőlegesen elhelyezkedő, l hosszúságú egyenes vonalú vezető, amelyen keresztül az I áram folyik, a következő erőt fejti ki: F = I l B .

Az erő iránya meg van határozva bal kéz szabály:

Ha a bal kéz négy kinyújtott ujját a vezetőben lévő áram irányába helyezzük, és a tenyér merőleges a B vektorra, akkor a hüvelykujj jelzi a vezetőre ható erő irányát (rizs. kilenc ).

Meg kell jegyezni, hogy a mágneses térben áramló vezetőre ható erő nem érintőlegesen irányul az erővonalaira, mint egy elektromos erő, hanem merőlegesen rájuk. Az erővonalak mentén elhelyezkedő vezetőt nem befolyásolja a mágneses erő.

Az egyenlet F = IlB adjunk mennyiségi jellemző mágneses tér indukció.

Hozzáállás nem függ a vezető tulajdonságaitól és magát a mágneses teret jellemzi.

A B mágneses indukciós vektor modulja számszerűen egyenlő a rá merőlegesen elhelyezkedő egységnyi hosszúságú vezetőre ható erővel, amelyen egy amperes áram folyik át.

Az SI rendszerben a mágneses tér indukciójának mértékegysége a tesla (T):

Mágneses mező. Táblázatok, diagramok, képletek

(Mágnesek kölcsönhatása, Oersted-kísérlet, mágneses indukciós vektor, vektor iránya, szuperpozíció elve. Mágneses terek grafikus ábrázolása, mágneses indukciós vonalak. Mágneses fluxus, a tér energia jellemzői. Mágneses erők, Amper-erő, Lorentz-erő. Töltött részecskék mozgása mágneses térben. Az anyag mágneses tulajdonságai, Ampère hipotézise)

Minden képletet szigorúan be kell tartani Federal Institute of Pedagogical Measurements (FIPI)

3.3 MÁGNESES MEZŐ

3.3.1 Mechanikai kölcsönhatás mágnesek

Az elektromos töltés közelében az anyag sajátos formája képződik - elektromos mező. A mágnes körül van egy hasonló anyagforma, de ennek más az eredete (elvégre az érc elektromosan semleges), ezt mágneses térnek nevezik. A mágneses tér vizsgálatához egyenes vagy patkó alakú mágneseket használnak. A mágnes egyes helyeinek a legnagyobb vonzó hatása van, ezeket pólusoknak nevezzük (északi és déli). Az ellentétes mágneses pólusok vonzzák, a pólusokhoz hasonlóan taszítják.

Mágneses mező. Mágneses indukciós vektor

A mágneses tér teljesítménykarakterisztikájaként a mágneses tér indukciós vektora B. A mágneses teret grafikusan ábrázoljuk erővonalak (mágneses indukciós vonalak) segítségével. A sorok zártak, nincs se elejük, se vége. A hely, ahonnan a mágneses vonalak kijönnek, az északi pólus (északi), a mágneses vonalak belépnek a déli pólusba (déli).

Mágneses indukció B [Tl]- vektor fizikai mennyiség, amely a mágneses térre jellemző erő.

A mágneses mezők szuperpozíciójának elve - ha a tér egy adott pontjában a mágneses teret több térforrás hozza létre, akkor a mágneses indukció az egyes mezők indukcióinak vektorösszege külön-külön :

Mágneses erővonalak. Csík és patkós állandó mágnesek terepi vonalmintája

3.3.2 Oersted tapasztalata. Az áramvezető mágneses tere. Egy hosszú egyenes vezető és egy zárt gyűrűs vezető térvonalainak mintázata, egy tekercs árammal

Mágneses tér nem csak a mágnes körül létezik, hanem minden árammal rendelkező vezető körül is. Oersted kísérlete az elektromos áram mágnesre gyakorolt ​​hatását mutatja be. Ha egy egyenes vezetőt, amelyen az áram folyik, átvezetünk egy kartonlap lyukon, amelyen apró vas- vagy acélreszelékek vannak szórva, akkor ezek koncentrikus köröket képeznek, amelyek közepe a vezető tengelyén található. . Ezek a körök egy áramvezető mágneses mező erővonalait jelentik.

3.3.3 Ampererő, iránya és nagysága:

Erősítő teljesítmény az az erő, amely mágneses térben áramvezető vezetőre hat. Az Amper-erő irányát a bal kéz szabálya határozza meg: ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a B mágneses indukciós vektor merőleges komponense a tenyérbe kerül, és négy kinyújtott ujj az áram irányába irányul, akkor a 90 fokkal meghajlított hüvelykujj megmutatja az árammal a szegmensvezetőre ható erő irányát, vagyis az Amper erőt.

ahol én- áramerősség a vezetőben;

B

L a vezető hossza a mágneses térben;

α a mágneses térvektor és a vezetőben folyó áram iránya közötti szög.

3.3.4 Lorentz-erő, iránya és nagysága:

Mivel az elektromos áram a töltések rendezett mozgása, a mágneses mezőnek az áramot vezető vezetőre gyakorolt ​​hatása az egyes mozgó töltésekre gyakorolt ​​hatásának eredménye. A mágneses tér által a benne mozgó töltésekre kifejtett erőt Lorentz-erőnek nevezzük. A Lorentz-erőt a következő összefüggés határozza meg:

ahol q a mozgó töltés nagysága;

V- sebességének modulja;

B a mágneses tér indukciós vektorának modulusa;

α a töltési sebességvektor és a mágneses indukció vektor közötti szög.

Felhívjuk figyelmét, hogy a Lorentz-erő merőleges a sebességre, ezért nem működik, nem változtatja meg a töltési sebesség modulusát és kinetikus energia. De a sebesség iránya folyamatosan változik.

A Lorentz-erő merőleges a vektorokra NÁL NÉLés v, és irányát ugyanazzal a bal oldali szabálysal határozzuk meg, mint az Ampère-erő irányát: ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a komponens a mágneses indukció NÁL NÉL, a töltéssebességre merőlegesen belépett a tenyérbe, és négy ujját a pozitív töltés mozgása mentén irányítottuk (negatív töltés, például egy elektron mozgásával szemben), majd a 90 fokban hajlított hüvelykujj a töltés irányát mutatja. a töltésre ható Lorentz-erő Fl.

Töltött részecske mozgása egyenletes mágneses térben

Amikor egy töltött részecske mágneses térben mozog, a Lorentz-erő nem működik. Ezért a sebességvektor modulusa nem változik, amikor a részecske mozog. Ha egy töltött részecske egyenletes mágneses térben mozog a Lorentz-erő hatására, és sebessége a vektorra merőleges síkban van, akkor a részecske egy R sugarú kör mentén mozog.

Ezen a leckén, melynek témája az „Egyenáram mágneses tere”, megtudjuk, mi a mágnes, hogyan kölcsönhatásba lép más mágnesekkel, leírjuk a mágneses tér és a mágneses indukciós vektor definícióit, ill. a gimlet-szabályt is használjuk a mágneses indukciós vektor irányának meghatározására.

Mindannyian mágnest tartottatok a kezében, és ismeri annak csodálatos tulajdonságát: távolról kölcsönhatásba lép egy másik mágnessel vagy egy vasdarabbal. Mi ez a mágnesben, ami ezeket a csodálatos tulajdonságokat adja? Készíthetsz saját mágnest? Lehetséges, és ami ehhez szükséges - tanulni fog leckénkből. Legyünk előrébb: ha egy egyszerű vasszöget veszünk, annak nem lesz mágneses tulajdonsága, de ha dróttal körbetekerjük és akkumulátorhoz kötjük, mágnest kapunk (lásd 1. ábra).

Rizs. 1. Drótba csavart és akkumulátorhoz csatlakoztatott szög

Kiderült, hogy a mágnes megszerzéséhez elektromos áramra van szükség - egy elektromos töltés mozgására. Az állandó mágnesek, például a hűtőmágnesek tulajdonságai is összefüggenek az elektromos töltés mozgásával. Egy bizonyos mágneses töltés, mint az elektromos, nem létezik a természetben. Nincs rá szükség, elég mozgó elektromos töltés.

Az egyenáram mágneses terének vizsgálata előtt meg kell állapodni a mágneses tér kvantitatív leírásának módjában. Mennyiségi leíráshoz mágneses jelenségek szükséges bevezetni a mágneses térre jellemző erőt. A mágneses teret kvantitatívan jellemző vektormennyiséget mágneses indukciónak nevezzük. Általában nagy latin B betűvel jelölik, Teslában mérve.

A mágneses indukció egy vektormennyiség, amely a tér egy adott pontjában lévő mágneses mezőre jellemző erő. A mágneses tér irányát az elektrosztatika modelljével analóg módon határozzuk meg, amelyben a mezőt nyugalmi próbatöltésre gyakorolt ​​hatás jellemzi. Csak itt egy mágneses tűt (egy hosszúkás állandó mágnest) használnak "próbaelemként". Láttál egy ilyen nyilat az iránytűben. A mágneses tér irányának egy bizonyos ponton azt az irányt vesszük, amely a mágnestű N északi pólusát jelzi az átirányítás után (lásd a 2. ábrát).

A mágneses térről teljes és tiszta képet kaphatunk az úgynevezett mágneses erővonalak megszerkesztésével (lásd 3. ábra).

Rizs. 3. Állandó mágnes mágneses terének mezővonalai

Ezek a vonalak a mágneses indukciós vektor irányát mutatják (vagyis a mágnestű N pólusának irányát) a tér minden pontjában. Egy mágnestű segítségével így képet kaphatunk a különböző mágneses mezők erővonalairól. Itt van például egy állandó mágnes mágneses erővonalainak képe (lásd 4. ábra).

Rizs. 4. Állandó mágnes mágneses terének mezővonalai

Mágneses tér minden pontban létezik, de vonalakat húzunk egymástól bizonyos távolságra. Ez csak egy módja a mágneses mező ábrázolásának, hasonlóan az elektromos térerősséghez (lásd 5. ábra).

Rizs. 5. Elektromos térerősség vonalak

Minél sűrűbben húzzuk meg a vonalakat, annál nagyobb a mágneses indukció modulusa a tér adott tartományában. Amint látható (lásd a 4. ábrát), az erővonalak kilépnek a mágnes északi pólusából és belépnek a déli pólusba. A mágnes belsejében is folytatódnak a mezővonalak. Ellentétben az elektromos erővonalakkal, amelyek pozitív töltéseknél kezdődnek és negatív töltéseknél végződnek, a mágneses erővonalak zártak (lásd a 6. ábrát).

Rizs. 6. A mágneses erővonalak zárva vannak

Az olyan mezőt, amelynek az erővonalai zártak, örvénytérnek nevezzük. vektor mező. Az elektrosztatikus tér nem örvény, hanem potenciál. Az örvény- és potenciálmezők közötti alapvető különbség az, hogy a munka potenciális mező bármely zárt pályán nullával egyenlő, örvénymezőre nem. A föld is egy hatalmas mágnes, van egy mágneses tere, amit egy iránytűvel érzékelünk. Olvasson többet a Föld mágneses mezőjéről az ágban.

A Föld bolygónk egy nagy mágnes, amelynek pólusai a felület és a forgástengely metszéspontja közelében helyezkednek el. Földrajzilag ezek a Déli és Északi-sark. Ezért lép kölcsönhatásba a Földdel az iránytűben lévő nyíl, amely egyben mágnes is. Olyan tájolású, hogy az egyik vége az Északi-sarkra, a másik a délre mutasson (lásd 7. ábra). 7. ábra. Az iránytűben lévő nyíl kölcsönhatásba lép a Földdel Azt, amelyik a Föld északi sarkára mutat, N-nek nevezték, ami azt jelenti, hogy észak - angol fordításban "észak". És az, amelyik a Föld déli sarkára mutat - S, ami Délt jelent - angolul "South" fordítva. Mivel a mágnesek ellentétes pólusai vonzódnak, a nyíl északi pólusa a Föld déli mágneses pólusára mutat (lásd 8. ábra). Rizs. 8. Az iránytű és a Föld mágneses pólusainak kölcsönhatása Kiderült, hogy a déli mágneses pólus az északi földrajzi területen található. És fordítva, az északi mágnes a Föld déli földrajzi pólusán található.

Most, miután megismerkedtünk a mágneses tér modelljével, egy egyenáramú vezető terét vizsgáljuk. A 19. században a dán tudós, Oersted felfedezte, hogy a mágneses tű kölcsönhatásba lép egy vezetővel, amelyen elektromos áram folyik (lásd a 9. ábrát).

Rizs. 9. Mágneses tű kölcsönhatása vezetővel

A gyakorlat azt mutatja, hogy az árammal rendelkező egyenes vonalú vezető mágneses mezőjében a mágneses tű minden pontban érintőlegesen egy bizonyos körhöz kerül. Ennek a körnek a síkja merőleges az árammal rendelkező vezetőre, középpontja pedig a vezető tengelyén van (lásd 10. ábra).

Rizs. 10. A mágnestű helye az egyenes vezető mágneses terében

Ha megváltoztatja a vezetéken áthaladó áram irányát, akkor a mágneses tű minden pontban az ellenkező irányba fog fordulni (lásd 11. ábra).

Rizs. 11. Az elektromos áram áramlási irányának megváltoztatásakor

Vagyis a mágneses tér iránya a vezetőn áthaladó áram irányától függ. Ez a függőség egy egyszerű, kísérletileg megállapított módszerrel írható le - gimlet szabályok:

ha irány előre mozgás A gimlet egybeesik a vezetőben folyó áram irányával, majd a fogantyújának forgásiránya egybeesik az e vezető által létrehozott mágneses tér irányával (lásd 12. ábra).

Tehát az árammal rendelkező vezető mágneses tere minden pontban érintőlegesen egy, a vezetőre merőleges síkban fekvő körre irányul. A kör középpontja egybeesik a vezető tengelyével. A mágneses térvektor iránya minden pontban a vezetőben lévő áram irányához kapcsolódik a gimlet-szabály szerint. Tapasztalatilag az áramerősség és a vezetőtől való távolság megváltoztatásakor azt találtuk, hogy a mágneses indukciós vektor modulusa arányos az áramerősséggel és fordítottan arányos a vezető távolságával. A végtelen áramot vezető vezető által létrehozott mező mágneses indukciós vektorának modulusa egyenlő:

ahol az arányossági együttható, amely gyakran megtalálható a mágnesességben. Ezt a vákuum mágneses permeabilitásának nevezik. Számszerűen egyenlő:

A mágneses mezőkre és az elektromosakra is érvényes a szuperpozíció elve. A tér egy pontján különböző források által létrehozott mágneses mezők összeadódnak (lásd 13. ábra).

Rizs. 13. A különböző forrásokból származó mágneses mezők összeadódnak

Egy ilyen mező teljes teljesítménye a következő lesz vektor összege az egyes források mezőinek teljesítményjellemzői. Az áram által egy bizonyos ponton létrejövő mező mágneses indukciójának nagysága növelhető, ha a vezetőt körbe hajlítjuk. Ez világos lesz, ha figyelembe vesszük egy ilyen huzaltekercs kis szegmenseinek mágneses mezőit a tekercs belsejében. Például a központban.

A jelű szegmens a gimlet szabály szerint egy felfelé irányuló mezőt hoz létre benne (lásd 14. ábra).

Rizs. 14. A szegmensek mágneses tere

A szegmens hasonlóképpen mágneses teret hoz létre ezen a ponton oda irányítva. Ugyanez igaz a többi szegmensre is. Ekkor a teljes erőkarakterisztika (vagyis a B mágneses indukciós vektor) ezen a ponton az összes kis szegmens mágneses mezőinek erőkarakterisztikája ezen a ponton szuperpozíciója lesz, és felfelé irányul (lásd 15. ábra).

Rizs. 15. Teljes teljesítmény karakterisztika a tekercs közepén

Tetszőleges tekercs esetén, amely nem feltétlenül kör alakú, például négyzet alakú keretnél (lásd 16. ábra), a tekercs belsejében lévő vektor értéke természetesen függ a tekercs alakjától, méretétől és az áramerősségtől. erőssége benne, de a mágneses indukciós vektor iránya mindig ugyanúgy lesz meghatározva (kis szegmensek által létrehozott mezők szuperpozíciójaként).

Rizs. 16. Négyzet alakú keretszegmensek mágneses tere

Részletesen leírtuk a tekercsen belüli mező irányának meghatározását, de általános esetben ez sokkal könnyebben megtalálható, egy kissé módosított gimletszabály szerint:

ha a kardán fogantyúját abba az irányba forgatod, amerre az áram folyik a tekercsben, akkor a kardán hegye jelzi a tekercsen belüli mágneses indukciós vektor irányát (lásd 17. ábra).

Vagyis most a fogantyú forgása az áram irányának, a kardán mozgása pedig a mező irányának felel meg. És nem fordítva, mint az egyenes vezető esetében. Ha egy hosszú vezetéket, amelyen keresztül áramlik, egy rugóra tekercselnek, akkor ez az eszköz egy menetsorozat lesz. A tekercs minden egyes menetének mágneses mezői a szuperpozíció elve szerint összeadódnak. Így a tekercs által egy bizonyos ponton létrehozott mező az adott ponton az egyes fordulatok által létrehozott mezők összege lesz. Egy ilyen tekercs mezőjének mezővonalainak képe az ábrán látható. tizennyolc.

Rizs. 18. A tekercs elektromos vezetékei

Az ilyen eszközt tekercsnek, szolenoidnak vagy elektromágnesnek nevezik. Könnyen belátható, hogy a tekercs mágneses tulajdonságai megegyeznek az állandó mágnesével (lásd 19. ábra).

Rizs. 19. A tekercs és az állandó mágnes mágneses tulajdonságai

A tekercs egyik oldala (amely a fenti képen látható) a mágnes északi pólusának, a másik oldalon pedig a déli pólusnak a szerepét tölti be. Egy ilyen eszközt széles körben alkalmaznak a technikában, mert szabályozható: csak akkor válik mágnessé, ha a tekercsben az áramot bekapcsolják. Vegye figyelembe, hogy a tekercs belsejében lévő mágneses erővonalak közel párhuzamosak és sűrűek. A mágnesszelep belsejében lévő mező nagyon erős és egyenletes. A tekercsen kívüli mező nem egyenletes, sokkal gyengébb, mint a belső mező, és ellenkező irányban irányul. A tekercsen belüli mágneses tér irányát a gimlet szabály határozza meg, mint az egy fordulaton belüli mező esetében. A fogantyú forgásirányához a tekercsen átfolyó áram irányát vesszük, a kardán mozgása pedig a benne lévő mágneses tér irányát jelzi (lásd 20. ábra).

Rizs. 20. Az orsó karmantyújának szabálya

Ha egy áramvezető tekercset mágneses mezőbe helyezünk, akkor az úgy fog átirányozni, mint egy mágneses tű. A forgást okozó erőnyomaték a mágneses indukcióvektor adott pontban fennálló modulusához, a tekercs területéhez és a benne lévő áramerősséghez a következő összefüggéssel kapcsolódik:

Most már világossá válik számunkra, hogy honnan erednek az állandó mágnes mágneses tulajdonságai: az atomban zárt úton mozgó elektron olyan, mint egy tekercs árammal, és mint a tekercsnek van mágneses tere. És amint a tekercs példáján láttuk, sok áramkör bizonyos módon rendezve erős mágneses mezővel rendelkezik.

Az állandó mágnesek által létrehozott mező a bennük lévő töltések mozgásának eredménye. Ezek a töltések pedig elektronok az atomokban (lásd 21. ábra). Rizs. 21. Elektronok mozgása az atomokban Magyarázzuk meg minőségi szinten előfordulásának mechanizmusát. Mint tudják, az atomban lévő elektronok mozgásban vannak. Tehát minden egyes atomban minden elektron saját mágneses teret hoz létre, így hatalmas számú, egy atomnyi mágnest kapunk. A legtöbb anyagban ezek a mágnesek és mágneses mezőik véletlenszerűen orientáltak. Ezért a test által létrehozott teljes mágneses tér nulla. De vannak olyan anyagok, amelyekben az egyes elektronok által létrehozott mágneses mezők ugyanúgy orientálódnak (lásd 22. ábra). Rizs. 22. A mágneses mezők azonos orientációjúak Ezért az egyes elektronok által létrehozott mágneses mezők összeadódnak. Ennek eredményeként az ilyen anyagból készült test mágneses mezővel rendelkezik, és állandó mágnes. Külső mágneses térben az egyes atomok vagy atomcsoportok, amelyeknek, mint megtudtuk, saját mágneses mezővel rendelkeznek, iránytűként forognak (lásd 23. ábra). Rizs. 23. Atomok forgása külső mágneses térben Ha azelőtt nem egy irányba orientálódtak és nem alkottak erős összmágneses teret, akkor az elemi mágnesek rendezése után a mágneses mezőik összeadódnak. És ha egy külső mező hatása után a rend megmarad, az anyag mágnes marad. A leírt folyamatot mágnesezésnek nevezzük.

Jelölje ki a mágnesszelepet tápláló áramforrás pólusait az ábrán látható módon. 24 interakció. Inkább okoskodjunk: az a mágnesszelep, amelyben egyenáram folyik, mágnesként viselkedik.

Rizs. 24. Aktuális forrás

ábra szerint. A 24. ábra azt mutatja, hogy a mágnestű déli pólusával a mágnesszelep felé van orientálva. Mint a mágnesek pólusai taszítják egymást, míg az ellentétes pólusok vonzzák egymást. Ebből következik, hogy magának a szolenoidnak a bal pólusa az északi (lásd 25. ábra).

Rizs. 25. A mágnesszelep bal pólusa észak

A mágneses indukció vonalai elhagyják az északi pólust és belépnek a délibe. Ez azt jelenti, hogy a mágnesszelep belsejében lévő mező balra irányul (lásd 26. ábra).

Rizs. 26. A mágnesszelep belsejében lévő mező balra irányul

Nos, a mágnesszelepen belüli mező irányát a gimlet-szabály határozza meg. Tudjuk, hogy a mező balra van irányítva, ezért képzeljük el, hogy a karmantyú ebbe az irányba van csavarva. Ekkor a fogantyúja jelzi az áram irányát a mágnesszelepben - jobbról balra (lásd 27. ábra).

Az áram irányát a pozitív töltés mozgási iránya határozza meg. A pozitív töltés pedig egy nagy potenciállal rendelkező pontból (a forrás pozitív pólusa) egy kisebb pólusú pontba (a forrás negatív pólusa) mozog. Ezért a jobb oldalon található forráspólus pozitív, a bal oldalon pedig negatív (lásd 28. ábra).

Rizs. 28. Forráspólusok meghatározása

2. feladat

Egy 400 területű keretet egyenletes mágneses térbe helyeznek 0,1 T indukcióval úgy, hogy a keret normálja merőleges legyen az indukciós vonalakra. Mekkora áramerősségnél hat a 20 nyomaték a keretre (lásd 29. ábra)?

Rizs. 29. Rajz a 2. feladathoz

Vitatkozzunk: a forgást okozó erőnyomaték a mágneses indukciós vektor adott pontbeli modulusához, a tekercs területéhez és a benne lévő áramerősséghez kapcsolódik a következő összefüggéssel:

Esetünkben minden szükséges adat rendelkezésre áll. Marad a kívánt áramerősség kifejezése és a válasz kiszámítása:

Probléma megoldódott.

Bibliográfia

1. Sokolovics Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: Kézikönyv problémamegoldási példákkal. - 2. kiadás újraelosztása. - X .: Vesta: "Ranok" Kiadó, 2005. - 464 p.
2. Myakishev G.Ya. Fizika: Proc. 11 cellához. Általános oktatás intézmények. - M.: Oktatás, 2010.

1. „Knowledge Hypermarket” internetes portál ()
2. „A DER egységes gyűjteménye” internetes portál ()

Házi feladat

Előadás: Oersted tapasztalata. Az áramvezető mágneses tere. Egy hosszú egyenes vezető és egy zárt gyűrűs vezető térvonalainak mintázata, egy tekercs árammal

Oersted tapasztalata

Egyes anyagok mágneses tulajdonságait már régóta ismerik az emberek. Nem olyan régi felfedezés azonban az volt, hogy az anyagok mágneses és elektromos természete összefügg egymással. Ezt a kapcsolatot mutatták be Oersted aki kísérleteket végzett azzal Áramütés. Egészen véletlenül a vezető mellett, amelyen az áram folyt, egy mágnes található. Meglehetősen élesen változtatta irányát, amikor az áram átfolyt a vezetékeken, és az áramköri kulcs kinyitásakor tért vissza eredeti helyzetébe.

Ebből a tapasztalatból arra a következtetésre jutottak, hogy a vezető körül mágneses mező képződik, amelyen az áram folyik. Vagyis megteheti következtetés: az elektromos teret minden töltés okozza, a mágneses teret pedig csak az irányított mozgású töltések körül.

Vezető mágneses mező

Ha figyelembe vesszük a vezető keresztmetszetét árammal, akkor a mágneses vonalain körök lesznek különböző átmérőjű a karmester körül.

A vezető körüli áram vagy mágneses erővonalak irányának meghatározásához használja a szabályt jobb csavar:

Ha jobb kezével megfogja a vezetőt, és hüvelykujjával az áram irányába irányítja, akkor a behajlított ujjak a mágneses erővonalak irányát mutatják.

A mágneses tér teljesítményjellemzője a mágneses indukció. A mágneses erővonalakat néha indukciós vonalaknak nevezik.

Az indukciót a következőképpen jelöljük és mérjük: [V] = 1 T.

Emlékezet szerint az elektromos térre jellemző erőre a szuperpozíció elve érvényesült, ugyanez elmondható a mágneses térre is. Vagyis az eredményül kapott mezőindukció egyenlő az egyes pontokban lévő indukciós vektorok összegével.

tekercs árammal

Mint tudják, a vezetők különböző alakúak lehetnek, beleértve a több fordulatot is. Az ilyen vezető körül mágneses tér is keletkezik. Ennek meghatározásához használja gimlet szabály:

Ha úgy rögzíti a tekercseket a kezével, hogy 4 behajlított ujj fogja össze őket, akkor a hüvelykujj megmutatja a mágneses tér irányát.