Az elektromos jelenségekkel kapcsolatos kutatások bővülése és elmélyülése az elektromos áram új tulajdonságainak felfedezéséhez és tanulmányozásához vezetett. 1820-ban publikálták és bemutatták G. H. Oersted kísérleteit az áram mágnestűn történő hatásának megfigyelésére, amelyek nagy érdeklődést váltottak ki a különböző országok tudósai körében, és munkáikban tovább elmélyültek és fejlesztettek.

Oersted kis (kevesebb mint 5 oldalas) brosúrája „Kísérletek az elektromos konfliktus mágnestűre gyakorolt ​​hatásával kapcsolatban” szenzációt keltett az európai fizikusok körében.

Figyelemre méltó Oersted azon következtetése, hogy az „elektromos konfliktus” (azaz a pozitív és negatív „elektromos anyag ellentétes mozgása”) egy vezetőben „...nem korlátozódik a vezető vezetékre, hanem széles tevékenységi körrel rendelkezik e körül. huzal... Ez a konfliktus örvényt képez a vezeték körül.”

Nyilvánvaló, hogy Oersted tévedett, amikor azt hitte, hogy a mágneses tűt a heterogén elektromosság ütközése befolyásolja. Oersted azonban az egyik, 1812-ben megjelent művében feltételezte az elektromos és mágneses jelenségek kapcsolatát: „Meg kell vizsgálni, hogy az elektromosság a legrejtettebb szakaszában nem fejt ki semmilyen hatást a mágnesre, mint olyanra.”

Nem sokkal e brosúra megjelenése után (1820-ban) a német fizikus, Johann X. S. Schweigger (1779-1857) azt javasolta, hogy egy mágneses tűt elektromos árammal eltérítsenek az első mérőműszer - egy áramjelző - létrehozásához.

Eszköze, amelyet „szorzónak” (azaz szorzónak) neveztek, egy mágneses tű volt, amelyet huzalfordulatokból álló keretbe helyeztek. A földi mágnesesség hatása miatt azonban a szorzó mágneses tűjére a leolvasások pontatlanok voltak.

Az Amper 1821-ben megmutatta a földi mágnesesség hatásának kiküszöbölésének lehetőségét egy asztatikus pár segítségével, amely egy közös réztengelyre szerelt, egymással párhuzamosan elhelyezkedő alsó mágneses tű, amelynek pólusai ellentétes irányba néznek.

1825-ben Leopoldo Pobili (1784-1835) firenzei professzor egy asztatikus párost kombinált egy szorzóval, és így egy érzékenyebb eszközt hozott létre - a galvanométer prototípusát.

1820-ban D. F. Arago felfedezett egy új jelenséget - a vezető mágnesezését a rajta átfolyó áram által. Ha egy feszültségoszlop pólusaihoz csatlakoztatott rézhuzalt vasreszelékbe merítenének, az utóbbi egyenletesen tapadna hozzá. Az áram kikapcsolásakor a fűrészpor lemaradt. Amikor Arago vashuzalt vett (puhavasból) a rézhuzal helyett, ideiglenesen mágnesezték. Egy ilyen mágnesezett acéldarabból állandó mágnes lett.

Ampere javaslatára Arago az egyenes vezetéket huzalspirállal cserélte, miközben a spirál belsejébe helyezett tű mágnesezettsége megnőtt. Így jött létre a mágnesszelep. Arago kísérletei elsőként bizonyították a mágnesesség elektromos természetét és az acél elektromos árammal történő mágnesezésének lehetőségét.

Arago a kutatás során (1824-ben) egy másik új jelenséget fedezett fel, amelyet „forgásmágnesességnek” nevezett, és abban állt, hogy amikor egy fém (réz) lemez forog egy mágneses tű felett (vagy alatta), az utóbbi is. forgásba kerül. Sem Arago, sem Ampere nem tudta megmagyarázni ezt a jelenséget. A jelenség helyes magyarázatát Faraday csak az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése után adta meg.

Az áram mágnesre gyakorolt ​​hatásának kvalitatív megfigyelésétől a kvantitatív függőségek meghatározásáig egy új lépés volt, hogy Jean Baptiste Biot (1774-1862) és Felix Savard (1791-1841) francia tudósok kidolgozták az áramhatás törvényét. egy mágnesen.

Kísérletsorozat elvégzése után (1820) a következőket állapították meg: „ha egy korlátlan hosszúságú huzal, amelyen áthaladó voltos áram hat a vezeték közepétől ismert távolságra lévő északi vagy déli mágneses részecskére, akkor a huzalból kiinduló erők eredője merőleges a részecske huzaltól mért legrövidebb távolságára, és a huzal bármely (déli vagy északi) mágneses elemre gyakorolt ​​összhatása fordítottan arányos az utóbbinak a huzaltól való távolságával. a vezeték."

Az erő tangenciális komponensének felfedezése lehetővé tette a vezető mágneshez viszonyított mozgásának forgó jellegének magyarázatát. Pierre Simon Laplace (1749-1827) francia tudós ezt követően kimutatta, hogy a vezető egy kis szakasza által keltett erő fordítottan változik a távolság négyzetével.

Az új jelenségek vizsgálatának bővítésében a legfontosabb tudományos és módszertani jelentőséget az egyik legnagyobb francia tudós, André Marie Ampere (1775-1836) munkái jelentették, aki az elektrodinamika alapjait fektette le.

Ampere szokatlanul tehetséges ember volt. Annak ellenére, hogy nem volt lehetősége az iskolában tanulni, nem voltak tanárai, kivéve édesapját, egy nagyon művelt üzletembert, elképesztő szívóssággal, önállóan elsajátította a tudást, korának egyik legműveltebb embere lett.

Fizika és matematika, csillagászat és kémia, állattan és filozófia – mindezekben a tudományokban Ampere enciklopédikus tudása egyértelműen megnyilvánult. Mindössze 13 éves volt, amikor bemutatta első matematikai munkáját a Lyoni Tudományos, Irodalmi és Művészeti Akadémián. 14 éves korára a híres Diderot és d'Alembert „Enciklopédia” mind a 20 kötetét tanulmányozta, 18 éves koráig pedig tökéletesen tanulmányozta L. Euler, D. Boriulli és J. Lagrange műveit. , tudott latinul és több idegen nyelven.

Ampère magánélete tele volt tragikus eseményekkel: 18 éves fiúként megdöbbentette apja guillotine-os kivégzése, mint a Girondins támogatója (1793), néhány évvel később pedig eltemette szeretett feleségét; A lánya sorsa nagyon szomorú volt - súlyos szívbetegséget okozott, amely a sírba hozta.

Ám a hatalmas idegfeszültség ellenére Ampere-nek sikerült erőt találnia ahhoz, hogy fáradhatatlanul részt vegyen az alapvető tudományos kutatásokban, és elhalványulva hozzájáruljon a világcivilizáció kincstárához.

Az elektromágnesesség területén végzett kutatásai új lapot nyitottak az elektrotechnika történetében. És amikor ezeket a jelenségeket tanulmányozta, Ampere csodálatos képességei egyértelműen megmutatkoztak.

Oersted kísérleteiről először a Párizsi Tudományos Akadémia ülésén értesült, ahol Arago megismételte azokat üzenete során. A csodálattal együtt Ampere ösztönösen megérezte ennek a felfedezésnek a fontosságát, bár korábban nem tanulmányozott elektromágneses jelenségeket.

Pontosan egy héttel később (csak egy héttel!) 1820. szeptember 18-án Ampere beszédet tart az Akadémia ülésén az áramok és a mágnesek kölcsönhatásáról, majd szinte egymás után - hétről hétre (az Akadémia ülései). Tudományos Akadémia hetente tartották) eredményeit bemutatja a vezető francia tudósoknak kísérleti és elméleti általánosításait, amelyek később híres elektrodinamikai munkájában is tükröződtek.

Egyik levelében Ampere hangsúlyozza, hogy „új elméletet alkotott a mágnesről, minden jelenséget a galvanizmus jelenségére redukálva”. Általánosításainak logikája szembetűnő: ha egy áram mágnes, akkor két áramnak mágnesként kell kölcsönhatásba lépnie. Most ez nyilvánvalónak tűnik, de Ampere előtt senki nem mutatott rá ilyen egyértelműen. A matematika területén szerzett briliáns tudás lehetővé tette Ampere számára, hogy elméletileg általánosítsa kutatásait, és megfogalmazza a nevét viselő híres törvényt.

Ampere „Esszé a tudományfilozófiáról, avagy az összes emberi tudás természetes osztályozásának analitikus kifejtése” (1834) filozófiai munkája figyelmet érdemel. Napjainkban sok munka jelent meg a tudományos tanulmányokról, a „tudományok tudományáról”. Ampere „osztályozásával” több mint száz évvel ezelőtt lefektette a tudományos ismeretek e fontos területének alapjait.

Nézzük meg közelebbről Ampere munkáját az elektromágnesesség területén.

Mindenekelőtt jegyezzük meg, hogy az Ampere volt az első, aki bevezette az „elektromos áram” kifejezést és az elektromos áram irányának fogalmát. Egyébként ő javasolta, hogy az áram irányának tekintsék a „pozitív elektromosság mozgását” (pluszról mínuszra egy külső áramkörben).

Megfigyelve a mágneses tű eltérülését a vezetőn átfolyó áram hatására, Ampere képes volt megfogalmazni egy szabályt, amely lehetővé teszi a tű eltérítési irányának meghatározását a vezetőben lévő áram irányától függően.

Ezt a szabályt akkoriban széles körben „úszószabályként” ismerték, és a következőképpen fogalmazták meg: „Ha valaki mentálisan úgy helyezi el magát, hogy az áram a megfigyelő lábától a feje felé haladjon, és az arca a feje felé forduljon. a mágnestűt, akkor a hatásáram hatására a mágnestű északi pólusa mindig balra fog eltérni.”

Különösen fontosak voltak Ampere körkörös és lineáris áramok kölcsönhatásainak vizsgálatai. Ezeket a vizsgálatokat a következő érvelés alapján közelítette meg: ha egy mágnes tulajdonságait tekintve hasonló az áram körül folyó tekercshez vagy gyűrűs vezetőhöz, akkor két köráramnak úgy kell egymásra hatnia, mint két mágnesnek.

Miután felfedezte a köráramok kölcsönhatását, Ampere elkezdte a lineáris áramok kutatását. Erre a célra megépítette az úgynevezett „Amper gépet”, amelyben az egyik vezető pozíciót válthatott a másik vezetőhöz képest. E kísérletek során azt találták, hogy két lineáris áram vonzza vagy taszítja egymást, attól függően, hogy az áramok azonos irányúak vagy eltérőek.

E kísérletek sorozata lehetővé tette Ampere számára, hogy megállapítsa a lineáris áramok kölcsönhatásának törvényét: "Két párhuzamos és azonos irányú áramot kölcsönösen hajtanak, míg két párhuzamos és ellentétes irányú áramot kölcsönösen taszítják." Ampere azt javasolta, hogy az elektrosztatikus jelenségekkel ellentétben a felfedezett jelenségeket „elektrodinamikainak” nevezzék.

Kísérleti munkája eredményeit összegezve Ampere levezette az áramok kölcsönhatási erejének matematikai kifejezését, akárcsak Coulomb a statikus töltések kölcsönhatásával kapcsolatban. Ampere ezt a problémát egy analitikai technikával oldotta meg, amely a tömegek kölcsönhatásának newtoni elvein alapult, és ezekhez a tömegekhez hasonlította az áram két, a térben tetszőlegesen elhelyezkedő elemét. Ugyanakkor Ampere azt feltételezte, hogy az áramelemek kölcsönhatása ezen elemek középpontját összekötő egyenes vonal mentén megy végbe, és arányos az áramelemek hosszával és magukkal az áramokkal. Ampere első memoárja az elektromos áramok kölcsönhatásáról 1820-ban jelent meg.

Ampere elektrodinamikai elméletét „Az elektrodinamikai jelenségek elmélete, amelyet kizárólag a tapasztalatból vezettek le” című esszéjében fejtette ki, amelyet 1826-1827-ben Párizsban adtak ki. Ampere levezette a két áramelem közötti kölcsönhatás törvényének jól ismert matematikai kifejezését.

Elődei munkái, valamint kutatásainak fontos eredményei alapján Ampere alapvetően új következtetésre jutott a mágnesesség jelenségeinek okáról.

A különleges mágneses folyadékok létezését tagadva Ampere azzal érvelt, hogy a mágneses tér elektromos eredetű. Minden mágneses jelenséget „tisztán elektromos hatásokra” redukált. A köráramok és a mágnesek hatásának azonossága alapján Ampere arra a következtetésre jutott, hogy a részecske mágnesessége annak köszönhető, hogy ebben a részecskében köráramok vannak, és a mágnes egészének tulajdonságait az elektromos áramok határozzák meg. tengelyére merőleges síkban helyezkedik el.

Ampere hangsúlyozta, hogy „... ezek az áramok a mágnes tengelye körül valóban léteznek, vagy inkább, hogy a mágnesezés egy olyan művelet, amelynek révén a részecskék elkezdték azt a képességet kapni, hogy ezekre az áramokra ugyanazt az elektromotoros hatást gerjeszthessék, mint a voltában. oszlop... A mágneses jelenségeket kizárólag az elektromosság okozza... a mágnes két pólusa között nincs különbség, mivel a mágnest alkotó áramokhoz viszonyított helyzetük.

Az Ampere által kidolgozott molekuláris köráramok hipotézise egy új, haladó lépés volt a mágneses jelenségek természetének materialista értelmezése felé.

Ampere 1820-ban kifejtette az elektromágneses távíró létrehozásának lehetőségét, amely egy vezetőnek az árammal és a mágneses tűvel való kölcsönhatásán alapul. Ampere azonban azt javasolta, hogy „annyi vezetéket és mágnestűt, ahány betű…”, helyezzenek külön tűre. Nyilvánvalóan egy ilyen távíró tervezés nagyon körülményes és költséges lenne, ami láthatóan megakadályozta Ampere javaslatának gyakorlati megvalósítását. Kellett egy kis idő, mire megtalálták a valósághűbb módszert a távíró létrehozására.

Ampere munkásságának jelentősége a tudomány számára nagyon nagy volt. Ampere kutatásaival bebizonyította az elektromosság és a mágnesesség egységét, és meggyőzően cáfolta a mágneses folyadékról uralkodó elképzeléseket. Az elektromos áramok mechanikai kölcsönhatásának általa megállapított törvényei az elektromosság területén a legnagyobb felfedezések közé tartoznak.

Ampere kiemelkedő munkája kapta a legnagyobb elismerést (1881-ben). Az első Nemzetközi Villanyszerelő Kongresszus az „Amper” nevet rendelte az áram mértékegységéhez. Méltán nevezték „az elektromosság Newtonjának”. Tagja volt a Párizsi Tudományos Akadémiának (1814-től), és a világ számos más akadémiájának, köztük Szentpétervárnak (1830-tól).

Veselovsky O. N. Shneiberg A. Ya "Esszék az elektrotechnika történetéről"

Az elektromos és mágneses jelenségeket ősidők óta ismeri az emberiség, elvégre villámlást láttak, és sok ókori ember tudott azokról a mágnesekről, amelyek vonzzák az egyes fémeket. A 4000 évvel ezelőtt feltalált bagdadi akkumulátor az egyik bizonyíték arra, hogy jóval napjaink előtt az emberiség használt elektromosságot, és láthatóan tudta, hogyan működik. Azonban úgy tartják, hogy a 19. század elejéig az elektromosságot és a mágnesességet mindig egymástól elkülönülten tekintették, nem rokon jelenségként fogadták el, és a fizika különböző ágaihoz tartoztak.

A mágneses tér vizsgálata 1269-ben kezdődött, amikor Peter Peregrine francia tudós (Pierre of Mericourt lovag) acéltűkkel megjelölte a mágneses teret egy gömbmágnes felületén, és megállapította, hogy a keletkező mágneses erővonalak két ponton metszik egymást, ami „pólusoknak” nevezte a Föld pólusainak analógiáját.

Oersted kísérletei során csak 1819-ben fedezte fel az iránytű elhajlását egy áramvezető vezeték közelében, majd a tudós arra a következtetésre jutott, hogy van valamiféle kapcsolat az elektromos és a mágneses jelenségek között.

5 évvel később, 1824-ben Ampere matematikailag le tudta írni az áramvezető és a mágnes kölcsönhatását, valamint a vezetők egymás közötti kölcsönhatását, így jelent meg: „az áramvezetőre ható erő Egyenletes mágneses térbe helyezve arányos a vezető hosszával, az áramerősséggel és a mágneses indukciós vektor és a vezető közötti szög szinuszával."

A mágnes áramra gyakorolt ​​hatásával kapcsolatban Ampere azt javasolta, hogy az állandó mágnes belsejében mikroszkopikus zárt áramok vannak, amelyek létrehozzák a mágnes mágneses terét, amely kölcsönhatásba lép az áramvezető mágneses mezőjével.

Például egy állandó mágnest egy vezető közelébe mozgatva pulzáló áramot kaphat benne, és ha pulzáló áramot vezet az egyik tekercsre, egy közös vasmagon, amelynél a második tekercs található, pulzáló áram fog működni. a második tekercsben is megjelennek.

33 évvel később, 1864-ben Maxwell képes volt matematikailag általánosítani a már ismert elektromos és mágneses jelenségeket – alkotta meg elektromágneses tér elmélet, amely szerint az elektromágneses tér összekapcsolt elektromos és mágneses mezőket foglal magában. Így Maxwellnek köszönhetően lehetővé vált a korábbi elektrodinamikai kísérletek eredményeinek tudományos matematikai egységesítése.

Maxwell e fontos következtetéseinek következménye volt az a jóslata, amely szerint elvileg az elektromágneses tér bármilyen változása elektromágneses hullámokat kelt, amelyek a térben és a dielektromos közegben bizonyos véges sebességgel terjednek, amely a mágneses és dielektromos állandóktól függ. a hullámterjedési közeg.

A vákuum esetében ez a sebesség egyenlőnek bizonyult a fénysebességgel, ezért Maxwell azt javasolta, hogy a fény egyben elektromágneses hullám is, és ez a feltevés később beigazolódott (bár jóval Oersted kísérletei előtt Jung rámutatott a fény hullámtermészetére) .

Maxwell megteremtette az elektromágnesesség matematikai alapját, és 1884-ben megjelentek a híres Maxwell-egyenletek modern formájukban. 1887-ben Hertz megerősítette Maxwell elméletét: a vevő rögzíti az adó által küldött elektromágneses hullámokat.

A klasszikus elektrodinamika az elektromágneses tereket vizsgálja. A kvantumelektrodinamika keretein belül az elektromágneses sugárzást fotonfolyamnak tekintjük, amelyben az elektromágneses kölcsönhatást hordozó részecskék - fotonok - tömeg nélküli vektorbozonok hordozzák, amelyek az elektromágneses tér elemi kvantumgerjesztéseiként ábrázolhatók. Így a foton a kvantumelektrodinamika szempontjából az elektromágneses tér kvantuma.

Úgy tűnik, hogy ma az elektromágneses kölcsönhatás a fizika egyik alapvető kölcsönhatása, az elektromágneses tér pedig az egyik alapvető fizikai mező a gravitációs és fermionterek mellett.

Az elektromágneses tér fizikai tulajdonságai

Az elektromos vagy mágneses tér, vagy mindkettő térbeli jelenléte az elektromágneses tér által a töltött részecskére vagy az áramra gyakorolt ​​erőhatás alapján ítélhető meg.

Az elektromos tér a tér egy adott pontjában egy adott időpontban érvényes elektromos térerősségtől és a q próbatöltés értékétől függően meghatározott erővel hat a mozgó és álló elektromos töltésekre.

Ismerve azt az erőt (nagyságot és irányt), amellyel az elektromos tér hat a próbatöltésre, és ismerve a töltés nagyságát, a tér adott pontjában megtalálhatjuk az E elektromos térerősséget.

Az elektromos mezőt elektromos töltések hozzák létre, erővonalai pozitív töltéseken kezdődnek (feltételesen áramlanak belőlük), és negatív töltéseken érnek véget (feltételesen áramlanak beléjük). Így az elektromos töltések az elektromos tér forrásai. Az elektromos tér másik forrása a változó mágneses tér, amint az matematikailag látható Maxwell-egyenletek.

Az elektromos térből származó elektromos töltésre ható erő része az elektromágneses térből adott töltésre ható erőnek.

Mágneses mezőt mozgó elektromos töltések (áramok) vagy időben változó elektromos mezők hoznak létre (amint azt a Maxwell-egyenletek igazolják), és csak a mozgó elektromos töltésekre hat.

A mozgó töltésre ható mágneses tér ereje arányos a mágneses tér indukciójával, a mozgó töltés nagyságával, mozgásának sebességével, valamint a mágneses tér B indukciós vektora és a mágneses tér sebességének iránya közötti szög szinuszával. a töltés. Ezt az erőt gyakran Lorentz-erőnek nevezik, de ez csak a „mágneses” része.

Valójában a Lorentz-erő elektromos és mágneses alkatrészeket foglal magában. Mágneses mezőt mozgó elektromos töltések (áramok) hoznak létre, erővonalai mindig zártak és körülveszik az áramot.

1. A vastárgyakat vonzó anyagokat...

2. A vezető kölcsönhatását az árammal és a mágnestűvel először egy dán tudós fedezte fel...

3. Áramvezető vezetők között kölcsönhatási erők lépnek fel, amelyeket...

4. Azokat a vonalakat, amelyek mentén a kis mágneses tűk tengelyei mágneses térben helyezkednek el, ...

5. A mágneses erővonalak... görbék, amelyek egy vezetőt behálóznak.

6. Az áramvezető vezeték körüli mágneses mező érzékelhető, például ...

7. Ha egy mágnes félbeszakad, akkor a mágnes első és második darabja pólusú...

8. A mágnesezettséget hosszú ideig tartó testeket...

9. A mágnes azon helyeit, ahol erősebbek a mágneses hatások, nevezzük...

1. Egy áramot szállító vezető körül van...
2. A mágneses mező forrása...
3. A mágnesnek ugyanazok a pólusai..., az ellentétes pólusok pedig...

Teszt

A témában: Mágneses tér és elektromágneses indukció.

1.opció

1. Ki fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét?

A) Oersted; B) Medál; B) Volta; D) Amper; D) Faraday; E) Maxwell

2. A rézhuzal tekercs vezetékei egy érzékeny galvanométerhez vannak csatlakoztatva. Az alábbi kísérletek közül melyikben érzékeli a galvanométer az EMF EMF előfordulását a tekercsben?

A) A tekercsbe állandó mágnest helyezünk;

B) Az állandó mágnest eltávolítjuk a tekercsből;

B) Az állandó mágnes a hossztengelye körül forog egy tekercsben.

3. Mi a fizikai mennyiség neve, amely egyenlő a mágneses tér indukció B moduljának a mágneses tér által áthatolt felület S területével, valamint a B indukcióvektor és a normál között bezárt α szög koszinuszával? n erre a felületre?

A) Induktivitás; B) Mágneses fluxus; B) Mágneses indukció;

D) Önindukció; D) Mágneses tér energiája.

4. Az alábbi kifejezések közül melyik határozza meg az indukált emf-et zárt hurokban?

A B C D)

5. Amikor egy szalagmágnest betolunk egy fémgyűrűbe és abból kilépünk, a gyűrűben indukált áram lép fel. Ez az áram mágneses mezőt hoz létre. Melyik pólus néz a gyűrűben lévő áram mágneses mezőjére: 1) a mágnes betolt északi pólusa; 2) a mágnes visszahúzható északi pólusa.

A) 1-északi, 2-északi; B) 1 – déli, 2 – déli;

B) 1 – déli, 2 – északi; D) 1 – északi, 2 – déli.

6. Mi a neve a mágneses fluxus mértékegységének?

A) Tesla; B) Weber; B) Gauss; D) Farad; D) Henry.

7. Milyen fizikai mennyiség mértékegysége 1 Henry?

A) Mágneses tér indukció; B) Elektromos kapacitások; B) Önindukció;

D) mágneses fluxus; D) Induktivitás.

8. Milyen kifejezés határozza meg az önindukció és az áramerősség közötti kapcsolatot a tekercsben?

A B C D)

9. Mekkora áramerősség hoz létre Ф=2*10 -2 Wb mágneses fluxust egy 5 mH induktivitású áramkörben?

10. Mennyi az 5 H induktivitású tekercs mágneses terének energiája? 400 mA áramerősséggel.

11. Az áramkörön áthaladó mágneses fluxus 5 * 10 -2 s alatt egyenletesen 10 mWb-ről 0 mWb-re csökkent. Mennyi az indukált emf értéke az áramkörben ezalatt az idő alatt?

A) 510 V; B) 0,1 V; B) 0,2 V; D) 0,4 V; D) 1 V; E) 2 V.

12. Egy 150 magból álló kábelt, amelyek mindegyike 50 mN áramot vezetnek, az áram irányára merőlegesen 1,7 Tesla indukciós mágneses térbe helyeznek. A kábel aktív hossza 60 cm Határozza meg a kábelre ható erőt!

2. lehetőség

1. Mi a neve annak a jelenségnek, amikor az áramkörön áthaladó mágneses fluxus megváltozik egy zárt áramkörben?

A) Elektrosztatikus indukció; B) A mágnesezés jelensége;

B) Ampererő; D) Lorentz-erő; D) elektrolízis;

F. Arago felfedezése felkeltette honfitársát, A. Ampere-t (1775-1836), és kísérleteket végzett párhuzamos áramvezetőkkel, és felfedezte kölcsönhatásukat (lásd az ábrát). Ampere megmutatta, hogy ha a vezetőkben azonos irányú áramok folynak, akkor ezek a vezetők vonzzák egymást (az ábra bal oldala). Ellentétes irányú áramok esetén a vezetőik taszítják (az ábra jobb oldala). Mivel magyarázható az ilyen eredmények?

Először is azt kellett kitalálni, hogy az egyenáramokat és az állandó mágneseket körülvevő térben mágneses mezőknek nevezett erőterek keletkeznek. Grafikus ábrázolásukhoz erővonalak vannak ábrázolva - ezek olyan vonalak, amelyek minden pontjában a mezőbe helyezett mágneses tű érinti ezt a vonalat. Ezeket a vonalakat „sűrűnek” vagy „ritkának” ábrázolják a mágneses térből ható erő értékétől függően.

Másodszor, kísérleteket kellett végezni és megérteni, hogy az árammal rendelkező egyenes vezető térvonalai koncentrikus (egy közös középponttól eltérő) körök. Erővonalak „láthatók”, ha a vezetőket üvegen vezetik át, amelyre finom vasreszeléket szórnak. Ezenkívül ki kellett találni, hogy egy bizonyos irányt „tulajdonítsunk” a tápvezetékeknek a vezetőben lévő áram irányától függően. Azaz, vezesse be a fizikába a „gimlet-szabályt”, vagy ami ugyanaz, a „jobbkéz-szabályt”, lásd az alábbi ábrát.

Harmadszor, kísérleteket kellett végezni és be kellett vezetni a „balkéz szabályt” a fizikába, hogy meghatározzuk a mágneses térbe helyezett áramvezetőre ható erő irányát, a térerővonalak helyét és irányát. amelyekről ismertek. És csak ezután, a jobb kéz szabályát kétszer, a bal kéz szabályát négyszer használva sikerült megmagyarázni Ampere kísérletét.

Az áramot hordozó párhuzamos vezetékek térvonalai koncentrikus körök, amelyek „eltérnek” minden egyes vezető körül, beleértve azt is, ahol a második vezető található. Ezért hatással van rá az első vezető által létrehozott mágneses tér, és fordítva: a második vezető által létrehozott mágneses tér eléri az elsőt, és arra hat. Az erővonalak irányát a jobb oldali szabály, a vezetőre gyakorolt ​​hatás irányát pedig a bal oldali szabály határozza meg.

A többi korábban tárgyalt kísérletet is hasonlóképpen magyarázzuk: a mágnesek vagy áramvezető vezetékek körül mágneses tér van, amelynek térvonalainak elhelyezkedéséből meg lehet ítélni a mágneses tér irányát és nagyságát, mint hogyan hat a vezetőkre.

(C) 2011. „Fizika.ru” Krayuhina T.E. részvételével. (Nizsnyij Novgorod régió, Szergacs)

A tapasztalatok azt mutatják, hogy azok a vezetők, amelyeken elektromos áram folyik, kölcsönhatásba lépnek egymással. Így például két vékony egyenes párhuzamos vezető vonzódik egymáshoz, ha a bennük folyó áramok iránya egybeesik, és taszítja, ha az áramok iránya ellentétes (2. ábra).

Rizs. 2. Párhuzamos vezetékek kölcsönhatása árammal.

A vezetékek közötti kölcsönhatás kísérletileg meghatározott erejét a vezető egységnyi hosszára (azaz 1 m vezetőre ható) a következő képlettel számítjuk ki:

,

Ahol És - áramerősség a vezetékekben, – a köztük lévő távolság az SI rendszerben,
- az úgynevezett mágneses állandó (
).

Kommunikáció az elektromos és mágneses
az állandót a következő összefüggés határozza meg:

Ahol = 3·10 8 m/s – fénysebesség vákuumban.

Az empirikus képlet alapján
telepítve Az áram SI mértékegysége az Amper (A).

Amper- egy olyan változatlan áram erőssége, amely két, egymástól 1 m távolságra vákuumban elhelyezkedő, végtelen hosszúságú, elhanyagolhatóan kis kör keresztmetszetű egyenes vezetőn áthaladva 2-vel egyenlő kölcsönhatási erőt okoz közöttük. ·10 -7 N 1 m hosszonként.

Tehát, amikor elektromos áram folyik át egy vezetőn, bizonyos változások következnek be a körülötte lévő térben, aminek következtében az árammal rendelkező vezetők kölcsönhatásba lépnek, és a vezető közelében lévő mágneses tű elfordul. Így arra a következtetésre jutottunk, hogy a mágnesek, a vezető és az áram, a vezetők és az áram közötti kölcsönhatás egy anyagi közegen keresztül, ún. mágneses mező. Oersted kísérletéből az következik, hogy a mágneses térnek van irányított karakter, mivel a nyíl forgásszöge az áramló áram nagyságától és irányától függ. Ezt a vezetők árammal való kölcsönhatásával kapcsolatos kísérletek is megerősítik.

1.3. Mágneses tér indukció

Tekintsük az egyenes áramot vezető vezető kölcsönhatását a patkómágnes mágneses terével. Az áram irányától függően a vezetőt kihúzzuk vagy kinyomjuk a mágnesből (3. ábra).

Rizs. 3. Egyenes vezető kölcsönhatása árammal a patkómágnes mágneses terével.

Arra a következtetésre jutottunk, hogy a mágneses térbe helyezett áramvezető vezetőre erő hat. Sőt, ez az erő függ a vezető hosszától és a rajta átfolyó áram nagyságától, valamint a térbeli orientációjától. Megtalálható egy vezető pozíciója a mágneses térben, ha ez az erő akarat maximális. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy bemutassuk a mágneses térre jellemző erő fogalmát.

A mágneses tér erőssége egy fizikai mennyiség, ebben az esetben definíció szerint

,

Megkapta a nevet mágneses tér indukció. Itt
- a mágneses térben áramvezető vezetőre ható legnagyobb erő, - a vezeték hossza, - áramerősség benne.

tesla
.

1 T egy olyan mágneses tér indukciója, amely a tér irányára merőlegesen elhelyezkedő egyenes vezető hosszának méterenként 1 N erővel hat, ha a vezetőn 1 A áram folyik át:

1 T=1 N/(A m).

A mágneses tér indukciója egy vektormennyiség. Irány mágneses indukciós vektor esetünkben az irányokhoz kapcsolódik És bal kéz szabály(4. ábra):

ha a kinyújtott ujjak a vezetőben lévő áram irányába irányulnak, és a mágneses erővonalak a tenyérbe jutnak, akkor a hajlított hüvelykujj jelzi az erő irányát , mágneses térből áramvezető vezetőre hatva.

Rizs. 4. Bal kéz szabály

A vektor számértéke a keretre ható erők nyomatéka alapján is meghatározható mágneses térben lévő árammal:

,

- a keretre ható maximális nyomaték mágneses térben lévő áram mellett, - keret terület, - áramerősség benne.

A vektor irányára

A mágneses indukciós vektor mértékegysége tesla
.

A vektor irányára ebben az esetben (5. ábra) a normál irányát veszik fel a tekercs síkjához, úgy megválasztva, hogy felé nézve , az áram az óramutató járásával ellentétes irányba folyna a fordulat mentén.

Rizs. 5. Mágneses tér orientáló hatása áramvezető keretre.

Mágneses erővonalak (mágneses erővonalak ) olyan egyenesek, amelyeknek minden pontjában a vektor érintőlegesen rájuk irányítva.

A mágneses indukciós modul arányos az erővonalak sűrűségével, azaz. az ezekre az egyenesekre merőleges egységnyi terület felületét metsző egyenesek száma.

Az 1. táblázat a különböző mágneses mezők erővonalainak mintázatait mutatja.

Tehát például az árammal rendelkező egyenes vezeték mágneses indukciós vonalainak irányát az határozza meg karmantyú szabály (vagy „jobboldali csavar”):

ha a gimlet transzlációs mozgásának iránya egybeesik a vezetőben folyó áram irányával, akkor a kardán fogantyújának forgásiránya egybeesik a mágneses indukciós vektor irányával.

Így egy végtelen, egyenes áramú vezető mágneses erővonalai koncentrikus körök, amelyek a vezetőre merőleges síkban helyezkednek el. Növekvő sugárral r kör, a mágneses tér indukciós vektorának nagysága csökken.

Állandó mágnes esetén a mágneses erővonalak irányát az N mágnes északi pólusától a déli S felé tartó iránynak tekintjük.

A szolenoid mágneses erővonalainak mintázata feltűnően hasonlít az állandó mágnes mágneses erővonalainak mintázatához. Ez arra utalt, hogy sok kis áramkör volt, amelyek áramot szállítanak a mágnes belsejében. A mágnesszelep is ilyen áramkörökből - fordulatokból áll. Innen ered a mágneses mezők hasonlósága.

Asztal 1

Mágneses erővonalak

1. táblázat (folytatás)

Szuperpozíciós elv vektorhoz : a kapott mezőindukció egy adott pontban egyenlő az egyes mezők indukcióinak vektorösszegével:

.

A mágneses indukciós vonalak fontos jellemzője, hogy nincs sem elejük, sem végük, i.e. A mágneses indukciós vezetékek mindig zárva vannak. Így különbözik a mágneses tér az elektrosztatikustól. Erővonalainak vannak forrásai: pozitív töltéssel kezdődnek és negatív töltéssel végződnek.

A zárt mezővonalakkal rendelkező mezőket nevezzük örvény. Mágneses tér – örvénymező. A mágneses indukciós vonalak zárása a mágneses tér alapvető tulajdonsága. Ez abban rejlik, hogy A természetben nincsenek mágneses töltések. A mágneses tér forrásai a mozgó elektromos töltések.