چیزی که میدان مغناطیسی نامیده می شود. میدان مغناطیسی و پارامترهای آن، مدارهای مغناطیسی

میدان های مغناطیسی در طبیعت رخ می دهند و می توانند به صورت مصنوعی ایجاد شوند. مرد متوجه ویژگی های مفید آنها شد که یاد گرفت از آنها استفاده کند زندگی روزمره. منبعش چیه میدان مغناطیسی?

چگونه دکترین میدان مغناطیسی توسعه یافت

خواص مغناطیسی برخی از مواد در زمان های قدیم مورد توجه قرار گرفته بود، اما مطالعه آنها واقعاً در ابتدا شروع شد اروپای قرون وسطی. یک دانشمند فرانسوی به نام Peregrine با استفاده از سوزن های فولادی کوچک، تقاطع خطوط نیروی مغناطیسی را در نقاط خاصی - قطب ها - کشف کرد. تنها سه قرن بعد، با هدایت این کشف، گیلبرت به مطالعه آن ادامه داد و متعاقبا از فرضیه خود مبنی بر اینکه زمین میدان مغناطیسی خاص خود را دارد، دفاع کرد.

توسعه سریع تئوری مغناطیس در آغاز قرن نوزدهم آغاز شد، زمانی که آمپر تأثیر میدان الکتریکی را بر ظهور میدان مغناطیسی کشف و توصیف کرد، و کشف القای الکترومغناطیسی توسط فارادی یک رابطه معکوس ایجاد کرد.

میدان مغناطیسی چیست

میدان مغناطیسی خود را در اثر نیرو بر بارهای الکتریکی در حال حرکت یا اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی هستند نشان می دهد.

1. هادی هایی که از آنها عبور می کند برق;
2. آهنرباهای دائمی؛
3. تغییر میدان الکتریکی

علت اصلی ظهور میدان مغناطیسی برای همه منابع یکسان است: ریزشارژهای الکتریکی - الکترون ها، یون ها یا پروتون ها - دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند یا در حرکت جهت دار هستند.

مهم!میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طور متقابل یکدیگر را تولید می کنند و در طول زمان تغییر می کنند. این رابطه توسط معادلات ماکسول تعیین می شود.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های میدان مغناطیسی عبارتند از:

1. شار مغناطیسی، کمیت اسکالر، که تعیین می کند چند خط میدان مغناطیسی از یک مقطع معین عبور می کند. با حرف F مشخص می شود. با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

F = B x S x cos α،

که در آن B بردار القای مغناطیسی، S مقطع، α زاویه میل بردار نسبت به عمود کشیده شده بر صفحه مقطع است. واحد اندازه گیری - وبر (Wb)؛

1. بردار القای مغناطیسی (B) نیروی وارد بر حامل های بار را نشان می دهد. به سمت قطب شمال هدایت می شود، جایی که یک سوزن مغناطیسی منظم نشان می دهد. القای مغناطیسی به صورت کمی در تسلا (T) اندازه گیری می شود.
2. کشش MF (N). با نفوذپذیری مغناطیسی رسانه های مختلف تعیین می شود. در خلاء، نفوذپذیری به عنوان وحدت در نظر گرفته می شود. جهت بردار کشش با جهت القای مغناطیسی منطبق است. واحد اندازه گیری - A/m.

نحوه نمایش میدان مغناطیسی

مشاهده مظاهر میدان مغناطیسی با استفاده از مثال آهنربای دائمی آسان است. دارای دو قطب است و بسته به جهت آن دو آهنربا جذب یا دفع می شوند. میدان مغناطیسی فرآیندهایی را که در طی این اتفاق می‌افتند مشخص می‌کند:

1. MP از نظر ریاضی به عنوان یک میدان برداری توصیف می شود. می توان آن را با استفاده از بردارهای بسیاری از القای مغناطیسی B، که هر یک به سمت قطب شمال سوزن قطب نما هدایت می شوند و بسته به نیروی مغناطیسی طول دارند، ساخت.
2. یک راه جایگزین برای نشان دادن این، استفاده از خطوط میدان است. این خطوط هرگز قطع نمی شوند، شروع یا متوقف نمی شوند و حلقه های بسته را تشکیل می دهند. خطوط MF در مناطقی با مکان‌های فراوان‌تر ترکیب می‌شوند، جایی که میدان مغناطیسی قوی‌ترین است.

مهم!چگالی خطوط میدان نشان دهنده قدرت میدان مغناطیسی است.

اگرچه MP در واقعیت قابل مشاهده نیست، خطوط میدان را می توان به راحتی در دنیای واقعی با قرار دادن براده های آهن در MP مشاهده کرد. هر ذره مانند یک آهنربای کوچک با شمال و قطب جنوب. نتیجه الگویی شبیه به خطوط نیرو است. انسان نمی تواند تاثیر MP را احساس کند.

اندازه گیری میدان مغناطیسی

از آنجایی که این یک کمیت برداری است، دو پارامتر برای اندازه گیری MF وجود دارد: نیرو و جهت. جهت را می توان به راحتی با استفاده از قطب نما متصل به میدان اندازه گیری کرد. به عنوان مثال یک قطب نما در میدان مغناطیسی زمین قرار داده شده است.

اندازه گیری سایر ویژگی ها بسیار دشوارتر است. مغناطیس سنج های عملی تا قرن نوزدهم ظاهر نشدند. اکثر آنها با استفاده از نیرویی که الکترون هنگام حرکت در امتداد MP احساس می کند، کار می کنند.

اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کوچک از زمان کشف مقاومت مغناطیسی غول پیکر در مواد لایه ای در سال 1988 عملاً امکان پذیر شده است. این کشف در فیزیک بنیادی به سرعت در فناوری مغناطیسی اعمال شد هارد دیسکبرای ذخیره سازی داده ها بر روی رایانه، که منجر به افزایش هزار برابری ظرفیت ذخیره سازی تنها در چند سال می شود.

در سیستم های اندازه گیری به طور کلی پذیرفته شده، MP در آزمون (T) یا گاوس (G) اندازه گیری می شود. 1 T = 10000 Gs. گاوس اغلب استفاده می شود زیرا تسلا میدان بسیار بزرگی است.

جالب هست.یک آهنربای کوچک در یخچال میدان مغناطیسی برابر با 0.001 تسلا ایجاد می کند و میدان مغناطیسی زمین به طور متوسط ​​0.00005 تسلا است.

ماهیت میدان مغناطیسی

مغناطیس و میدان های مغناطیسی مظاهر نیروی الکترومغناطیسی هستند. دو راه ممکن برای سازماندهی بار انرژی در حرکت و در نتیجه میدان مغناطیسی وجود دارد.

اولین مورد اتصال سیم به منبع جریان است، یک MF در اطراف آن تشکیل می شود.

مهم!با افزایش جریان (تعداد بارهای در حال حرکت)، MP به نسبت افزایش می یابد. با دور شدن از سیم، میدان بسته به فاصله کاهش می یابد. این توسط قانون آمپر توضیح داده شده است.

برخی از موادی که دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالاتری هستند، قادر به تمرکز میدان های مغناطیسی هستند.

از آنجایی که میدان مغناطیسی یک بردار است، تعیین جهت آن ضروری است. برای جریان معمولی که از یک سیم مستقیم عبور می کند، جهت را می توان با استفاده از قانون دست راست پیدا کرد.

برای استفاده از قانون، باید تصور کنید که سیم در دست راست شما پیچیده شده است، و شستجهت جریان را نشان می دهد. سپس چهار انگشت باقیمانده جهت بردار القای مغناطیسی را در اطراف هادی نشان خواهند داد.

راه دوم برای ایجاد میدان مغناطیسی استفاده از این واقعیت است که در برخی از مواد الکترون هایی ظاهر می شوند که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند. آهنرباهای دائمی به این ترتیب کار می کنند:

1. اگرچه اتم‌ها اغلب الکترون‌های زیادی دارند، اما عمدتاً به‌گونه‌ای پیوند می‌خورند که میدان مغناطیسی کل جفت از بین می‌رود. گفته می شود دو الکترون که به این ترتیب جفت می شوند دارای اسپین مخالف هستند. بنابراین، برای مغناطیسی کردن چیزی، به اتم هایی نیاز دارید که دارای یک یا چند الکترون با اسپین یکسان باشند. به عنوان مثال، آهن دارای چهار الکترون است و برای ساخت آهنربا مناسب است.
2. میلیاردها الکترون موجود در اتم‌ها را می‌توان به‌طور تصادفی جهت‌گیری کرد، و مهم نیست که این ماده چند الکترون جفت‌نشده داشته باشد، MF کلی وجود نخواهد داشت. این باید در دماهای پایین پایدار باشد تا جهت گیری ترجیحی کلی الکترون ها را فراهم کند. نفوذپذیری مغناطیسی بالا باعث مغناطیسی شدن چنین موادی در شرایط خاصی خارج از تأثیر میدان های مغناطیسی می شود. اینها فرومغناطیسی هستند.
3. سایر مواد ممکن است در حضور میدان مغناطیسی خارجی خواص مغناطیسی از خود نشان دهند. میدان خارجی برای تراز کردن تمام اسپین های الکترون عمل می کند که پس از حذف MF ناپدید می شود. این مواد پارامغناطیس هستند. فلز درب یخچال نمونه ای از مواد پارامغناطیس است.

زمین را می توان به شکل صفحات خازنی نشان داد که بار آن علامت مخالف دارد: "منهای" در سطح زمین و "به علاوه" در یونوسفر. بین آنها هوای اتمسفر به عنوان یک فاصله دهنده عایق وجود دارد. خازن غول پیکر به دلیل تأثیر MF زمین بار ثابتی را حفظ می کند. با استفاده از این دانش می توانید طرحی برای به دست آوردن انرژی الکتریکی از میدان مغناطیسی زمین ایجاد کنید. درست است، نتیجه مقادیر ولتاژ پایین خواهد بود.

مجبور بودن برای برداشتن:

• دستگاه اتصال به زمین؛
• سیم؛
• ترانسفورماتور تسلا قادر به ایجاد نوسانات با فرکانس بالا و ایجاد تخلیه تاج و یونیزه کردن هوا است.

سیم پیچ تسلا به عنوان یک ساطع کننده الکترون عمل خواهد کرد. کل سازه به هم متصل است و برای اطمینان از اختلاف پتانسیل کافی، ترانسفورماتور باید تا ارتفاع قابل توجهی بالا رود. بنابراین، یک مدار الکتریکی ایجاد خواهد شد که جریان کمی از آن عبور می کند. با استفاده از این دستگاه نمی توان مقدار زیادی برق به دست آورد.

الکتریسیته و مغناطیس بر بسیاری از جهان های اطراف ما، از اساسی ترین فرآیندهای موجود در طبیعت تا دستگاه های الکترونیکی پیشرفته، تسلط دارند.

ویدئو

موضوع: میدان مغناطیسی

تهیه شده توسط: Baygarashev D.M.

بررسی شده توسط: Gabdullina A.T.

یک میدان مغناطیسی

اگر دو هادی موازی به یک منبع جریان متصل شوند تا جریان الکتریکی از آنها بگذرد، بسته به جهت جریان در آنها، هادی ها یا دفع می شوند یا جذب می شوند.

توضیح این پدیده از موقعیت ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف رساناها - میدان مغناطیسی - امکان پذیر است.

نیروهایی که هادی های حامل جریان با آنها برهمکنش می کنند نامیده می شوند مغناطیسی.

یک میدان مغناطیسی- این نوع خاصی از ماده است که ویژگی خاص آن تأثیر بر بار الکتریکی متحرک، هادی های حامل جریان، اجسام با گشتاور مغناطیسی، با نیروی بسته به بردار سرعت بار، جهت جریان در هادی و جهت گشتاور مغناطیسی بدن.

تاریخچه مغناطیس به دوران باستان، به تمدن های باستانی آسیای صغیر باز می گردد. در قلمرو آسیای صغیر در منیزیا بود که سنگ هایی پیدا شد که نمونه هایی از آنها به یکدیگر جذب شدند. بر اساس نام منطقه، چنین نمونه هایی شروع به "آهن ربا" نامیدند. هر میله یا آهنربای نعل اسبی دو سر دارد که قطب نامیده می شود. در این مکان است که خواص مغناطیسی آن بیشتر آشکار است. اگر آهن ربا را به ریسمانی آویزان کنید، یک قطب همیشه به سمت شمال است. قطب نما بر این اصل استوار است. قطب شمال آهنربای آویزان آزاد، قطب شمال آهنربا (N) نامیده می شود. قطب مقابل، قطب جنوب (S) نامیده می شود.

قطب های مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند: مانند قطب ها دفع می کنند و برخلاف قطب ها جذب می شوند. مشابه مفهوم میدان الکتریکی احاطه کننده بار الکتریکی، مفهوم میدان مغناطیسی اطراف آهنربا معرفی شده است.

در سال 1820، اورستد (1851-1777) کشف کرد که یک سوزن مغناطیسی که در کنار هادی الکتریکی قرار دارد، هنگامی که جریان از طریق هادی عبور می کند، منحرف می شود، یعنی یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی حامل جریان ایجاد می شود. اگر یک قاب را با جریان بگیریم، میدان مغناطیسی خارجی با میدان مغناطیسی قاب تعامل می‌کند و روی آن اثر جهت‌دهنده می‌گذارد، یعنی موقعیتی از قاب وجود دارد که میدان مغناطیسی خارجی حداکثر اثر چرخشی را روی آن دارد. ، و موقعیتی وجود دارد که نیروی گشتاور صفر باشد.

میدان مغناطیسی در هر نقطه را می توان با بردار B مشخص کرد که نامیده می شود بردار القای مغناطیسییا القای مغناطیسیدر نقطه

القای مغناطیسی B یک کمیت فیزیکی برداری است که یک نیروی مشخصه میدان مغناطیسی در یک نقطه است. برابر است با نسبت حداکثر گشتاور مکانیکی نیروهای وارد بر یک قاب با جریان قرار گرفته در یک میدان یکنواخت به حاصل ضرب قدرت جریان در قاب و مساحت آن:

جهت بردار القای مغناطیسی B را جهت نرمال مثبت به قاب می گیرند که با قانون پیچ سمت راست با گشتاور مکانیکی برابر با صفر به جریان موجود در قاب مربوط می شود.

همانطور که خطوط شدت میدان الکتریکی به تصویر کشیده شد، خطوط القای میدان مغناطیسی نیز به تصویر کشیده می شوند. خط میدان مغناطیسی یک خط فرضی است که مماس آن با جهت B در یک نقطه منطبق است.

جهت میدان مغناطیسی در یک نقطه مشخص را می توان به عنوان جهتی که نشان می دهد نیز تعریف کرد

قطب شمال سوزن قطب نما در این نقطه قرار گرفته است. اعتقاد بر این است که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال به سمت جنوب هدایت می شوند.

جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکتریکی که از طریق یک هادی مستقیم جریان می یابد، توسط قاعده پیچ یا پیچ راست تعیین می شود. جهت خطوط القای مغناطیسی جهت چرخش سر پیچ در نظر گرفته می شود که حرکت انتقالی آن را در جهت جریان الکتریکی تضمین می کند (شکل 59).

که در آن n01 = 4 پی 10 -7 ولت s/(A m). - ثابت مغناطیسی، R - فاصله، I - قدرت جریان در هادی.

برخلاف خطوط میدان الکترواستاتیک که با بار مثبت شروع و با بار منفی ختم می‌شوند، خطوط میدان مغناطیسی همیشه بسته هستند. هیچ بار مغناطیسی مشابه بار الکتریکی شناسایی نشد.

یک تسلا (1 T) به عنوان واحد القاء در نظر گرفته می شود - القای چنین میدان مغناطیسی یکنواختی که در آن حداکثر گشتاور مکانیکی 1 نیوتن متر بر روی یک قاب با مساحت 1 متر مربع اعمال می شود که از طریق آن جریانی از 1 A جریان دارد.

القای میدان مغناطیسی را می توان با نیروی وارد بر رسانای حامل جریان در میدان مغناطیسی نیز تعیین کرد.

یک هادی حامل جریان که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد توسط یک نیروی آمپر وارد می شود که بزرگی آن با عبارت زیر تعیین می شود:

جایی که من قدرت فعلی در هادی است، ل -طول هادی، B بزرگی بردار القای مغناطیسی است و زاویه بین بردار و جهت جریان است.

جهت نیروی آمپر را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت را در جهت جریان در هادی قرار می دهیم، سپس شست خم شده جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن I = q 0 nSv و جایگزینی این عبارت به (3.21)، F = q 0 nSh/B sin به دست می آوریم. آ. تعداد ذرات (N) در یک حجم معین از یک هادی N = nSl است، سپس F = q 0 NvB sin آ.

اجازه دهید نیروی وارد شده توسط میدان مغناطیسی بر ذره باردار منفرد را که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، تعیین کنیم:

این نیرو را نیروی لورنتس (1853-1928) می نامند. جهت نیروی لورنتز را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت جهت حرکت بار مثبت را نشان می دهد. انگشت خم شده جهت نیروی لورنتس را نشان می دهد.

نیروی برهمکنش بین دو رسانای موازی که دارای جریان I 1 و I 2 هستند برابر است با:

جایی که ل -بخشی از یک هادی که در میدان مغناطیسی قرار دارد. اگر جریان ها در یک جهت باشند، هادی ها جذب می شوند (شکل 60)، اگر در جهت مخالف باشند، دفع می کنند. نیروهای وارد بر هر هادی از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند. فرمول (3.22) مبنایی برای تعیین واحد جریان 1 آمپر (1 A) است.

خواص مغناطیسی یک ماده با یک کمیت فیزیکی اسکالر مشخص می شود - نفوذپذیری مغناطیسی، که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در ماده ای که کاملاً میدان را پر می کند، از نظر اندازه با القای B 0 میدان مغناطیسی در متفاوت است. یک خلاء:

با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد به دو دسته تقسیم می شوند دیامغناطیس، پارامغناطیسو فرومغناطیسی.

اجازه دهید ماهیت خواص مغناطیسی مواد را در نظر بگیریم.

الکترون های موجود در پوسته اتم های یک ماده در مدارهای مختلف حرکت می کنند. برای ساده‌تر شدن، این مدارها را دایره‌ای در نظر می‌گیریم و هر الکترونی که به دور هسته اتم می‌چرخد را می‌توان به عنوان جریان الکتریکی دایره‌ای در نظر گرفت. هر الکترون مانند یک جریان دایره ای میدان مغناطیسی ایجاد می کند که آن را مداری می نامیم. علاوه بر این، یک الکترون در یک اتم دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که به آن میدان اسپین می گویند.

اگر با القای B 0 به میدان مغناطیسی خارجی وارد شود، القای B در داخل ماده ایجاد شود.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن< 1).

که در دیامغناطیسیدر مواد در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، میدان‌های مغناطیسی الکترون‌ها جبران می‌شوند و زمانی که آنها به میدان مغناطیسی وارد می‌شوند، القای میدان مغناطیسی اتم در مقابل میدان خارجی قرار می‌گیرد. ماده دیامغناطیسی از میدان مغناطیسی خارجی بیرون رانده می شود.

U پارامغناطیسالقای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها به طور کامل جبران نمی شود و اتم به عنوان یک کل مانند یک آهنربای دائمی کوچک است. معمولاً در یک ماده، همه این آهن‌رباهای کوچک به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند و مجموع القای مغناطیسی همه میدان‌های آنها صفر است. اگر یک پارامغناطیس را در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهید، تمام آهنرباهای کوچک - اتم ها مانند سوزن های قطب نما در میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و میدان مغناطیسی در ماده افزایش می یابد. n >= 1).

فرومغناطیسیآن موادی هستند که در آنها n 1. در مواد فرومغناطیسی، به اصطلاح دامنه ها ایجاد می شوند، مناطق ماکروسکوپی مغناطیسی خود به خودی.

در حوزه های مختلف، القای میدان مغناطیسی جهت های متفاوتی دارند (شکل 61) و در یک کریستال بزرگ

متقابل یکدیگر را جبران کنند. هنگامی که یک نمونه فرومغناطیسی به یک میدان مغناطیسی خارجی وارد می شود، مرزهای حوزه های جداگانه تغییر می کند به طوری که حجم حوزه های جهت گیری در امتداد میدان خارجی افزایش می یابد.

با افزایش القای میدان خارجی B 0، القای مغناطیسی ماده مغناطیسی افزایش می یابد. در برخی از مقادیر B 0، القاء به شدت افزایش می یابد. این پدیده اشباع مغناطیسی نامیده می شود.

یکی از ویژگی های مواد فرومغناطیسی پدیده هیسترزیس است که شامل وابستگی مبهم القای ماده به القای میدان مغناطیسی خارجی در هنگام تغییر است.

حلقه هیسترزیس مغناطیسی یک منحنی بسته است (cdc`d`c)، که وابستگی القاء در ماده را به دامنه القاء میدان خارجی با تغییر دوره ای نسبتاً آهسته در دومی بیان می کند (شکل 62).

حلقه هیسترزیس با مقادیر زیر مشخص می شود: B s، Br، B c. B s - حداکثر مقدار القای مواد در B 0s. در r القای باقیمانده است، برابر با مقدار القایی در ماده زمانی که القای میدان مغناطیسی خارجی از B0s به صفر کاهش می‌یابد. -B c و B c - نیروی اجباری - مقداری برابر با القای میدان مغناطیسی خارجی لازم برای تغییر القاء در ماده از باقیمانده به صفر است.

برای هر فرومغناطیس دمایی وجود دارد (نقطه کوری (J. Curie, 1859-1906) که بالاتر از آن فرومغناطیس خواص فرومغناطیسی خود را از دست می دهد.

دو راه برای آوردن فرومغناطیس مغناطیسی شده به حالت مغناطیسی زدایی وجود دارد: الف) گرما در بالای نقطه کوری و خنک شدن. ب) مواد را با یک میدان مغناطیسی متناوب با دامنه ای که به آرامی کاهش می دهد مغناطیسی کنید.

فرومغناطیس هایی با القای باقیمانده و نیروی اجباری کم، مغناطیسی نرم نامیده می شوند. آنها در دستگاه هایی که فرومغناطیس ها اغلب باید دوباره مغناطیس شوند (هسته ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره) کاربرد پیدا می کنند.

برای ساخت آهنرباهای دائمی از فرومغناطیس های سخت مغناطیسی که نیروی اجباری بالایی دارند استفاده می شود.

یک میدان مغناطیسی- این محیط مادی است که از طریق آن برهمکنش بین هادی ها با بارهای جاری یا متحرک رخ می دهد.

خواص میدان مغناطیسی:

ویژگی های میدان مغناطیسی:

برای مطالعه میدان مغناطیسی از مدار آزمایشی با جریان استفاده می شود. اندازه آن کوچک است و جریان موجود در آن بسیار کمتر از جریان در هادی ایجاد میدان مغناطیسی است. در دو طرف مدار حامل جریان، نیروهایی از میدان مغناطیسی وارد می شوند که از نظر اندازه برابر هستند، اما در جهت مخالف هستند، زیرا جهت نیرو به جهت جریان بستگی دارد. نقاط اعمال این نیروها روی یک خط مستقیم قرار نمی گیرند. چنین نیروهایی نامیده می شوند یکی دو نیرو. در نتیجه عمل یک جفت نیرو، مدار نمی تواند به صورت انتقالی حرکت کند، حول محور خود می چرخد. عمل چرخشی مشخص می شود گشتاور.

، جایی که ل–اهرم دو نیرو(فاصله بین نقاط اعمال نیرو).

با افزایش جریان در مدار آزمایش یا مساحت مدار، گشتاور جفت نیرو به نسبت افزایش می یابد. نسبت حداکثر گشتاور نیروی وارد بر مدار با جریان به مقدار جریان در مدار و مساحت مدار یک مقدار ثابت برای یک نقطه معین در میدان است. نامیده می شود القای مغناطیسی.

، جایی که
-لحظه مغناطیسیمدار با جریان

واحدالقای مغناطیسی - تسلا [T].

گشتاور مغناطیسی مدار– کمیت برداری که جهت آن به جهت جریان در مدار بستگی دارد و توسط قانون پیچ راست: دست راست خود را در یک مشت ببندید، چهار انگشت خود را در جهت جریان در مدار بگیرید، سپس شست جهت بردار گشتاور مغناطیسی را نشان می دهد. بردار گشتاور مغناطیسی همیشه بر صفحه کانتور عمود است.

پشت جهت بردار القای مغناطیسیجهت بردار گشتاور مغناطیسی مدار را که در میدان مغناطیسی قرار دارد، بگیرید.

خط القای مغناطیسی- خطی که مماس آن در هر نقطه با جهت بردار القای مغناطیسی منطبق است. خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند و هرگز قطع نمی شوند. خطوط القای مغناطیسی یک هادی مستقیمبا جریان به شکل دایره هایی هستند که در صفحه ای عمود بر هادی قرار دارند. جهت خطوط القای مغناطیسی توسط قانون پیچ سمت راست تعیین می شود. خطوط القایی مغناطیسی جریان دایره ای(با جریان می چرخد) نیز شکل دایره ای دارند. هر عنصر سیم پیچ طول دارد
را می توان به عنوان یک هادی مستقیم تصور کرد که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. برای میدان های مغناطیسی، اصل برهم نهی (افزودن مستقل) اعمال می شود. بردار کل القای مغناطیسی جریان دایره ای به عنوان نتیجه اضافه شدن این میدان ها در مرکز پیچ طبق قانون پیچ سمت راست تعیین می شود.

اگر مقدار و جهت بردار القای مغناطیسی در هر نقطه از فضا یکسان باشد، میدان مغناطیسی نامیده می شود. همگن. اگر مقدار و جهت بردار القای مغناطیسی در هر نقطه در طول زمان تغییر نکند، چنین میدانی نامیده می شود. دائمی

اندازه القای مغناطیسیدر هر نقطه از میدان با قدرت جریان در هادی که میدان را ایجاد می کند، نسبت معکوس با فاصله هادی تا نقطه معینی در میدان دارد، به خواص محیط و شکل هادی ایجاد کننده بستگی دارد. میدان

، جایی که
ON 2 ; Gn/m - ثابت مغناطیسی خلاء,

-نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط,

-نفوذپذیری مغناطیسی مطلق محیط.

بسته به مقدار نفوذپذیری مغناطیسی، همه مواد به سه دسته تقسیم می شوند:

با افزایش نفوذپذیری مطلق محیط، القای مغناطیسی در یک نقطه معین از میدان نیز افزایش می یابد. نسبت القای مغناطیسی به نفوذپذیری مغناطیسی مطلق محیط یک مقدار ثابت برای یک نقطه پلی معین است، e نامیده می شود. تنش

.

بردارهای کشش و القای مغناطیسی در جهت منطبق هستند. شدت میدان مغناطیسی به خواص محیط بستگی ندارد.

قدرت آمپر- نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی یک هادی حامل جریان وارد می کند.

جایی که ل- طول هادی، - زاویه بین بردار القای مغناطیسی و جهت جریان.

جهت نیروی آمپر با تعیین می شود قانون دست چپ: دست چپ طوری قرار می گیرد که جزء بردار القای مغناطیسی عمود بر هادی وارد کف دست شود، چهار انگشت کشیده در امتداد جریان هدایت می شوند، سپس شست خم شده 90 0 جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

نتیجه نیروی آمپر حرکت رسانا در یک جهت معین است.

E اگر = 90 0، سپس F=max، اگر = 0 0، سپس F = 0.

نیروی لورنتس- نیروی میدان مغناطیسی بر یک بار متحرک.

، جایی که q بار است، v سرعت حرکت آن است، - زاویه بین بردارهای تنش و سرعت.

نیروی لورنتس همیشه بر بردارهای القای مغناطیسی و سرعت عمود است. جهت توسط تعیین می شود قانون دست چپ(انگشتان حرکت بار مثبت را دنبال می کند). اگر جهت سرعت ذره بر خطوط القای مغناطیسی یک میدان مغناطیسی یکنواخت عمود باشد، آنگاه ذره بدون تغییر انرژی جنبشی خود در یک دایره حرکت می کند.

از آنجایی که جهت نیروی لورنتس به علامت بار بستگی دارد، برای جداسازی بارها استفاده می شود.

شار مغناطیسی- مقداری برابر با تعداد خطوط القای مغناطیسی که از هر ناحیه ای که عمود بر خطوط القای مغناطیسی قرار دارد عبور می کنند.

، جایی که - زاویه بین القای مغناطیسی و نرمال (عمود) به ناحیه S.

واحد– وبر [Wb].

روش های اندازه گیری شار مغناطیسی:

تغییر جهت سایت در میدان مغناطیسی (تغییر زاویه)

تغییر مساحت مداری که در میدان مغناطیسی قرار گرفته است

تغییر در قدرت جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود

تغییر فاصله مدار از منبع میدان مغناطیسی

تغییرات در خواص مغناطیسی محیط

اف آرادای جریان الکتریکی را در مداری ثبت کرد که منبعی نداشت، اما در کنار مدار دیگری حاوی منبع قرار داشت. علاوه بر این، جریان در مدار اول در موارد زیر به وجود آمد: با هر تغییر در جریان در مدار A، با حرکت نسبی مدارها، با وارد کردن یک میله آهنی به مدار A، با حرکت یک آهنربای دائمی نسبی. به مدار B حرکت مستقیم بارهای آزاد (جریان) فقط در یک میدان الکتریکی اتفاق می افتد. این بدان معنی است که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که بارهای آزاد رسانا را به حرکت در می آورد. این میدان الکتریکی نامیده می شود القاء شدهیا گرداب.

تفاوت میدان الکتریکی گردابی و الکترواستاتیکی:

منبع میدان گرداب یک میدان مغناطیسی در حال تغییر است.

خطوط شدت میدان گرداب بسته است.

کار انجام شده توسط این میدان برای حرکت یک بار در طول یک مدار بسته صفر نیست.

مشخصه انرژی یک میدان گردابی پتانسیل نیست، بلکه emf القایی- مقداری برابر با کار نیروهای خارجی (نیروهای با منشاء غیرالکترواستاتیکی) برای حرکت یک واحد بار در طول یک مدار بسته.

.بر حسب ولت اندازه گیری می شود[که در].

میدان الکتریکی گردابی با هر تغییری در میدان مغناطیسی رخ می دهد، صرف نظر از اینکه مدار بسته رسانا وجود داشته باشد یا خیر. مدار فقط به شخص اجازه می دهد میدان الکتریکی گرداب را تشخیص دهد.

القای الکترومغناطیسی- این وقوع emf القایی در یک مدار بسته با هرگونه تغییر در شار مغناطیسی از طریق سطح آن است.

emf القایی در مدار بسته یک جریان القایی تولید می کند.

.

جهت جریان القاییتعیین شده توسط قانون لنز: جریان القایی در جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن با هرگونه تغییر در شار مغناطیسی که این جریان را ایجاد می کند مقابله می کند.

قانون فارادی برای القای الکترومغناطیسی: emf القایی در یک حلقه بسته مستقیماً با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط حلقه متناسب است.

تی اوکی فوکو- جریان‌های القایی گردابی که در هادی‌های بزرگی که در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر قرار دارند، ایجاد می‌شوند. مقاومت چنین هادی کم است، زیرا دارای سطح مقطع S بزرگ است، بنابراین جریان های فوکو می توانند از نظر مقدار زیاد باشند، در نتیجه هادی گرم می شود.

خود القایی- این رخداد emf القایی در یک هادی است زمانی که قدرت جریان در آن تغییر می کند.

هادی حامل جریان میدان مغناطیسی ایجاد می کند. القای مغناطیسی به قدرت جریان بستگی دارد، بنابراین شار مغناطیسی ذاتی نیز به قدرت جریان بستگی دارد.

، جایی که L ضریب تناسب است، اندوکتانس.

واحداندوکتانس - هنری [H].

اندوکتانسهادی به اندازه، شکل و نفوذپذیری مغناطیسی محیط بستگی دارد.

اندوکتانسبا افزایش طول هادی افزایش می یابد، اندوکتانس یک چرخش از اندوکتانس یک هادی مستقیم با همان طول بیشتر است، اندوکتانس یک سیم پیچ (هادی با تعداد چرخش زیاد) بیشتر از اندوکتانس یک پیچ است. اگر یک میله آهنی در آن وارد شود، اندوکتانس سیم پیچ افزایش می یابد.

قانون فارادی برای القای خود:
.

emf خود القا شدهبا نرخ تغییر جریان نسبت مستقیم دارد.

emf خود القا شدهیک جریان خود القایی ایجاد می کند که همیشه از هرگونه تغییر در جریان در مدار جلوگیری می کند، یعنی اگر جریان افزایش یابد، جریان خود القایی در جهت مخالف هدایت می شود؛ زمانی که جریان در مدار کاهش می یابد، خود القایی جریان دارد. جریان القایی در همان جهت هدایت می شود. هرچه اندوکتانس سیم پیچ بیشتر باشد، emf خود القایی بیشتر در آن رخ می دهد.

انرژی میدان مغناطیسیبرابر است با کاری که جریان برای غلبه بر emf خود القا شده در طول زمان انجام می دهد در حالی که جریان از صفر به مقدار حداکثر افزایش می یابد.

.

ارتعاشات الکترومغناطیسی- اینها تغییرات دوره ای در بار، قدرت جریان و تمام ویژگی های میدان های الکتریکی و مغناطیسی هستند.

سیستم نوسانی الکتریکی(مدار نوسانی) از یک خازن و یک سلف تشکیل شده است.

شرایط وقوع نوسانات:

سیستم باید از حالت تعادل خارج شود، برای این کار خازن را شارژ کنید. انرژی میدان الکتریکی یک خازن باردار:

.

سیستم باید به حالت تعادل برگردد. تحت تأثیر میدان الکتریکی، بار از یک صفحه خازن به صفحه دیگر منتقل می شود، یعنی جریان الکتریکی در مدار ظاهر می شود که از طریق سیم پیچ جریان می یابد. با افزایش جریان در سلف، یک emf خود القایی ایجاد می شود؛ جریان خود القایی در جهت مخالف هدایت می شود. هنگامی که جریان در سیم پیچ کاهش می یابد، جریان خود القایی در همان جهت هدایت می شود. بنابراین، جریان خودالقایی تمایل دارد تا سیستم را به حالت تعادل بازگرداند.

مقاومت الکتریکی مدار باید کم باشد.

مدار نوسانی ایده آلمقاومتی ندارد ارتعاشات موجود در آن نامیده می شود رایگان.

برای هر مدار الکتریکی، قانون اهم رعایت می شود که بر اساس آن emf عمل کننده در مدار برابر است با مجموع ولتاژهای موجود در تمام بخش های مدار. هیچ منبع جریانی در مدار نوسانی وجود ندارد، اما یک emf خود القایی در سلف ظاهر می شود که برابر با ولتاژ دو طرف خازن است.

نتیجه گیری: بار خازن طبق قانون هارمونیک تغییر می کند.

ولتاژ خازن:
.

قدرت جریان در مدار:
.

اندازه
- دامنه جریان

تفاوت از شارژ در
.

دوره نوسانات آزاد در مدار:

انرژی میدان الکتریکی یک خازن:

انرژی میدان مغناطیسی سیم پیچ:

انرژی میدان های الکتریکی و مغناطیسی بر اساس قانون هارمونیک متفاوت است، اما مراحل نوسانات آنها متفاوت است: وقتی انرژی میدان الکتریکی حداکثر است، انرژی میدان مغناطیسی صفر است.

انرژی کل سیستم نوسانی:
.

که در کانتور ایده آلانرژی کل تغییر نمی کند.

در طی فرآیند نوسان، انرژی میدان الکتریکی به طور کامل به انرژی میدان مغناطیسی تبدیل می شود و بالعکس. این بدان معناست که انرژی در هر لحظه از زمان برابر با حداکثر انرژی میدان الکتریکی یا حداکثر انرژی میدان مغناطیسی است.

مدار نوسانی واقعیحاوی مقاومت است. ارتعاشات موجود در آن نامیده می شود محو شدن

قانون اهم به شکل زیر خواهد بود:

به شرطی که میرایی کوچک باشد (مربع فرکانس طبیعی نوسانات بسیار بیشتر از مجذور ضریب میرایی باشد)، کاهش میرایی لگاریتمی برابر است با:

با میرایی قوی (مربع فرکانس طبیعی نوسان کمتر از مجذور ضریب نوسان است):

این معادله فرآیند تخلیه خازن به یک مقاومت را توصیف می کند. در غیاب اندوکتانس، نوسانات رخ نمی دهد. طبق این قانون ولتاژ روی صفحات خازن نیز تغییر می کند.

کل انرژیدر مدار واقعی کاهش می یابد، زیرا گرما در طول عبور جریان به مقاومت R آزاد می شود.

فرآیند انتقال- فرآیندی که در مدارهای الکتریکی در حین انتقال از یک حالت عملیاتی به حالت دیگر رخ می دهد. تخمین زده شده بر اساس زمان ( ) که در طی آن پارامتر مشخص کننده فرآیند انتقال به میزان e بار تغییر می کند.

برای مدار با خازن و مقاومت:
.

نظریه میدان الکترومغناطیسی ماکسول:

1 موقعیت:

هر میدان الکتریکی متناوب یک میدان مغناطیسی گردابی ایجاد می کند. ماکسول یک میدان الکتریکی متناوب را جریان جابجایی نامید، زیرا مانند یک جریان معمولی، میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

برای تشخیص جریان جابجایی، عبور جریان از سیستمی را در نظر بگیرید که در آن یک خازن با دی الکتریک متصل است.

چگالی جریان بایاس:
. چگالی جریان در جهت تغییر ولتاژ هدایت می شود.

معادله اول ماکسول:
- میدان مغناطیسی گردابی توسط هر دو جریان رسانایی (بارهای الکتریکی متحرک) و جریان های جابجایی (میدان الکتریکی متناوب E) ایجاد می شود.

2 موقعیت:

هر میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کند - قانون اساسی القای الکترومغناطیسی.

معادله دوم ماکسول:
- سرعت تغییر شار مغناطیسی را از طریق هر سطحی و گردش بردار شدت میدان الکتریکی که در همان زمان ایجاد می شود را به هم متصل می کند.

هر رسانایی که حامل جریان باشد یک میدان مغناطیسی در فضا ایجاد می کند. اگر جریان ثابت باشد (در طول زمان تغییر نمی کند)، میدان مغناطیسی مرتبط با آن نیز ثابت است. یک جریان در حال تغییر یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند. یک میدان الکتریکی در داخل یک هادی وجود دارد که جریان را حمل می کند. بنابراین، یک میدان الکتریکی در حال تغییر، یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند.

میدان مغناطیسی گردابی است، زیرا خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند. بزرگی شدت میدان مغناطیسی H با سرعت تغییر شدت میدان الکتریکی متناسب است . جهت بردار قدرت میدان مغناطیسی با تغییرات در قدرت میدان الکتریکی مرتبط است قانون پیچ راست: دست راست خود را در مشت ببندید، انگشت شست خود را در جهت تغییر قدرت میدان الکتریکی بگیرید، سپس 4 انگشت خم شده جهت خطوط قدرت میدان مغناطیسی را نشان می دهد.

هر میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کندکه خطوط کششی آن بسته شده و در صفحه ای عمود بر شدت میدان مغناطیسی قرار دارند.

بزرگی شدت E میدان الکتریکی گرداب به سرعت تغییر میدان مغناطیسی بستگی دارد. . جهت بردار E به جهت تغییر میدان مغناطیسی H توسط قانون پیچ چپ مربوط می شود: دست چپ خود را در مشت بچسبانید، شست خود را در جهت تغییر میدان مغناطیسی قرار دهید، چهار انگشت خم شده را نشان می دهد. جهت خطوط شدت میدان الکتریکی گرداب.

مجموعه ای از میدان های الکتریکی و مغناطیسی گردابی به هم پیوسته را نشان می دهد میدان الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی در نقطه مبدا باقی نمی ماند، بلکه به شکل موج الکترومغناطیسی عرضی در فضا منتشر می شود.

موج الکترومغناطیسی- این انتشار در فضای گرداب میدان های الکتریکی و مغناطیسی متصل به یکدیگر است.

شرایط وقوع موج الکترومغناطیسی- حرکت بار با شتاب.

معادله امواج الکترومغناطیسی:

- فرکانس چرخه ای نوسانات الکترومغناطیسی

t - زمان از شروع نوسانات

l - فاصله از منبع موج تا نقطه معینی در فضا

- سرعت انتشار موج

مدت زمانی که طول می کشد تا یک موج از منبع خود به یک نقطه معین حرکت کند.

بردارهای E و H در یک موج الکترومغناطیسی بر یکدیگر و بر سرعت انتشار موج عمود هستند.

منبع امواج الکترومغناطیسی- هادی هایی که جریان های متناوب سریع از طریق آنها جریان می یابد (ماکروماترها) و همچنین اتم ها و مولکول های برانگیخته (ریزمترها). هر چه فرکانس نوسان بیشتر باشد، امواج الکترومغناطیسی بهتری در فضا منتشر می شود.

خواص امواج الکترومغناطیسی:

همه امواج الکترومغناطیسی هستند عرضی

در یک محیط همگن، امواج الکترومغناطیسی با سرعت ثابت منتشر می شود، که به ویژگی های محیط بستگی دارد:

- ثابت دی الکتریک نسبی محیط

- ثابت دی الکتریک خلاء،
F/m، Cl 2 /nm 2

- نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط

- ثابت مغناطیسی خلاء،
ON 2 ; Gn/m

امواج الکترومغناطیسی منعکس شده از موانع، جذب، پراکنده، شکست، قطبی، پراش، تداخل.

چگالی انرژی حجمیمیدان الکترومغناطیسی از چگالی انرژی حجمی میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده است:

چگالی شار انرژی موج - شدت موج:

-وکتور Umov-Poynting.

همه امواج الکترومغناطیسی در یک سری فرکانس یا طول موج مرتب شده اند.
). این ردیف است مقیاس امواج الکترومغناطیسی.

ارتعاشات فرکانس پایین. 0 - 10 4 هرتز از ژنراتورها به دست می آید. تابش ضعیفی دارند

امواج رادیویی. 10 4 - 10 13 هرتز. آنها توسط هادی های جامد که دارای جریان های متناوب سریع هستند منتشر می شوند.

اشعه مادون قرمز- امواج ساطع شده توسط تمام اجسام در دمای بالاتر از 0 K، به دلیل فرآیندهای درون اتمی و درون مولکولی.

نور مرئی - امواجی که روی چشم اثر می‌گذارند و باعث ایجاد حس بینایی می‌شوند. 380-760 نانومتر

اشعه ماوراء بنفش. 10-380 نانومتر نور مرئی و UV زمانی بوجود می آیند که حرکت الکترون ها در لایه بیرونی اتم تغییر کند.

تابش اشعه ایکس. 80 - 10 - 5 نانومتر. زمانی رخ می دهد که حرکت الکترون ها در لایه های داخلی اتم تغییر کند.

تابش گاما. در هنگام فروپاشی هسته اتم رخ می دهد.

میدان مغناطیسی مدتهاست که سؤالات زیادی را در انسان ایجاد کرده است، اما حتی در حال حاضر نیز یک پدیده ناشناخته باقی مانده است. بسیاری از دانشمندان سعی کردند ویژگی ها و خواص آن را مطالعه کنند، زیرا مزایا و پتانسیل استفاده از این میدان حقایقی غیرقابل انکار بود.

بیایید همه چیز را به ترتیب نگاه کنیم. بنابراین، هر میدان مغناطیسی چگونه عمل می کند و چگونه شکل می گیرد؟ درست است، از جریان الکتریکی. و جریان، طبق کتاب های درسی فیزیک، یک جریان جهت دار از ذرات باردار است، اینطور نیست؟ بنابراین، هنگامی که یک جریان از هر رسانایی عبور می کند، نوع خاصی از ماده شروع به عمل در اطراف آن می کند - یک میدان مغناطیسی. میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد شود. اکنون این میدان و ماده دارای انرژی هستند، آن را در نیروهای الکترومغناطیسی می بینیم که می تواند بر جریان و بارهای آن تأثیر بگذارد. میدان مغناطیسی شروع به تأثیرگذاری بر جریان ذرات باردار می کند و آنها جهت اولیه حرکت را عمود بر خود میدان تغییر می دهند.

میدان مغناطیسی را می توان الکترودینامیک نیز نامید، زیرا در نزدیکی ذرات متحرک تشکیل می شود و تنها بر ذرات متحرک تأثیر می گذارد. خوب، به دلیل اینکه ساختار خاصی در چرخش بیون ها در منطقه ای از فضا دارد، پویا است. یک بار الکتریکی متحرک معمولی می تواند آنها را به چرخش و حرکت وادار کند. بیون ها هر گونه فعل و انفعالات احتمالی را در این ناحیه از فضا منتقل می کنند. بنابراین، یک بار متحرک یک قطب از همه بیون ها را جذب می کند و آنها را به چرخش وا می دارد. فقط او می تواند آنها را از حالت استراحت خارج کند، نه چیز دیگر، زیرا نیروهای دیگر نمی توانند بر آنها تأثیر بگذارند.

در میدان الکتریکی ذرات باردار وجود دارند که بسیار سریع حرکت می کنند و می توانند 300000 کیلومتر را تنها در یک ثانیه طی کنند. نور هم همین سرعت را دارد. میدان مغناطیسی بدون بار الکتریکی نمی تواند وجود داشته باشد. این بدان معنی است که ذرات به طور باور نکردنی نزدیک به یکدیگر هستند و در یک میدان الکترومغناطیسی مشترک وجود دارند. یعنی اگر در میدان مغناطیسی تغییراتی ایجاد شود، در میدان الکتریکی نیز تغییراتی ایجاد خواهد شد. این قانون نیز معکوس است.

ما در اینجا در مورد میدان مغناطیسی زیاد صحبت می کنیم، اما چگونه می توانیم آن را تصور کنیم؟ ما نمی توانیم آن را با چشم غیرمسلح انسانی خود ببینیم. علاوه بر این، به دلیل انتشار فوق‌العاده سریع میدان، ما زمانی برای شناسایی آن با استفاده از دستگاه‌های مختلف نداریم. اما برای مطالعه چیزی، باید حداقل ایده ای در مورد آن داشته باشید. همچنین اغلب لازم است که یک میدان مغناطیسی را در نمودارها به تصویر بکشیم. برای درک آسان تر، خطوط میدان شرطی ترسیم می شوند. آنها را از کجا آورده اند؟ آنها به دلیلی اختراع شدند.

بیایید سعی کنیم میدان مغناطیسی را با استفاده از براده های فلزی کوچک و یک آهنربای معمولی ببینیم. بیایید این خاک اره را روی یک سطح صاف بریزیم و در معرض میدان مغناطیسی قرار دهیم. سپس خواهیم دید که آنها حرکت می کنند، می چرخند و در یک الگو یا الگو قرار می گیرند. تصویر حاصل تأثیر تقریبی نیروها در میدان مغناطیسی را نشان خواهد داد. تمام نیروها و بر این اساس خطوط نیرو در این مکان پیوسته و بسته هستند.

یک سوزن مغناطیسی ویژگی ها و خواصی مشابه قطب نما دارد و برای تعیین جهت خطوط نیرو استفاده می شود. اگر در ناحیه عمل میدان مغناطیسی قرار گیرد، می‌توانیم جهت عمل نیروها را از قطب شمال آن ببینیم. سپس اجازه دهید چندین نتیجه را از اینجا برجسته کنیم: بالای یک آهنربای دائمی معمولی، که خطوط نیرو از آن بیرون می‌آیند، قطب شمال آهنربا تعیین می‌شود. در حالی که قطب جنوب نشان دهنده نقطه بسته شدن نیروها است. خوب، خطوط نیروی داخل آهنربا در نمودار مشخص نشده اند.

میدان مغناطیسی، خواص و ویژگی های آن کاربرد نسبتاً گسترده ای دارد، زیرا در بسیاری از مسائل باید مورد توجه و مطالعه قرار گیرد. این مهمترین پدیده در علم فیزیک است. چیزهای پیچیده تری مانند نفوذپذیری مغناطیسی و القاء به طور جدایی ناپذیری با آن مرتبط هستند. برای توضیح همه دلایل ظهور میدان مغناطیسی، باید به واقعی تکیه کنیم حقایق علمیو تاییدیه ها در غیر این صورت، در مسائل پیچیده تر، یک رویکرد نادرست ممکن است یکپارچگی نظریه را نقض کند.

حالا بیایید مثال هایی بزنیم. همه ما سیاره خود را می شناسیم. آیا می گویید میدان مغناطیسی ندارد؟ شاید حق با شما باشد، اما دانشمندان می گویند که فرآیندها و فعل و انفعالات درون هسته زمین باعث ایجاد میدان مغناطیسی عظیمی می شود که هزاران کیلومتر امتداد دارد. اما در هر میدان مغناطیسی باید قطب های آن وجود داشته باشد. و وجود دارند، فقط کمی دورتر از قطب جغرافیایی قرار دارند. چگونه آن را احساس می کنیم؟ به عنوان مثال، پرندگان توانایی های ناوبری را توسعه داده اند و به ویژه توسط میدان مغناطیسی حرکت می کنند. بنابراین، با کمک او، غازها به سلامت به لاپلند می رسند. دستگاه های ناوبری ویژه نیز از این پدیده استفاده می کنند.

اصطلاح "میدان مغناطیسی" معمولاً به معنای فضای انرژی خاصی است که در آن نیروهای برهمکنش مغناطیسی خود را نشان می دهند. تاثیر می گذارند:

مواد منفرد: آهنربای آهنی (فلزات - عمدتاً چدن، آهن و آلیاژهای آنها) و کلاس فریت های آنها، صرف نظر از حالت.

بارهای متحرک الکتریسیته

اجسام فیزیکی که دارای گشتاور مغناطیسی کل الکترون ها یا ذرات دیگر هستند نامیده می شوند آهنرباهای دائمی. تعامل آنها در تصویر نشان داده شده است خطوط نیروی مغناطیسی.

آنها پس از آوردن یک آهنربای دائمی به پشت یک ورق مقوایی با یک لایه یکنواخت از براده های آهن تشکیل شدند. تصویر نشانه‌های واضح قطب شمال (N) و جنوب (S) را با جهت خطوط میدان نسبت به جهت آنها نشان می‌دهد: خروج از قطب شمال و ورودی به جنوب.

میدان مغناطیسی چگونه ایجاد می شود؟

منابع میدان مغناطیسی عبارتند از:

آهنرباهای دائمی؛

بارهای متحرک؛

میدان الکتریکی متغیر با زمان

هر کودک مهدکودکی با عملکرد آهنرباهای دائمی آشنا است. از این گذشته، او قبلاً مجبور بود عکس هایی از آهن ربا را روی یخچال که از بسته هایی با انواع غذاهای لذیذ گرفته شده بود، مجسمه کند.

بارهای الکتریکی در حال حرکت معمولاً دارای انرژی میدان مغناطیسی قابل توجهی بیشتر از . همچنین با خطوط نیرو مشخص می شود. بیایید به قوانین ترسیم آنها برای یک هادی مستقیم با جریان I نگاه کنیم.

خط میدان مغناطیسی در صفحه ای عمود بر حرکت جریان رسم می شود به طوری که در هر نقطه نیروی وارد بر قطب شمال سوزن مغناطیسی به صورت مماس بر این خط هدایت می شود. این باعث ایجاد دایره های متحدالمرکز در اطراف بار متحرک می شود.

جهت این نیروها با قاعده معروف پیچ یا گیره با سیم پیچی رزوه سمت راست تعیین می شود.

قانون گیملت

لازم است گیملت را به صورت هم محور با بردار جریان قرار دهیم و دسته را بچرخانیم تا حرکت انتقالی گیملت با جهت آن منطبق شود. سپس جهت خطوط میدان مغناطیسی با چرخش دسته نشان داده می شود.

در هادی حلقه، حرکت چرخشی دسته با جهت جریان منطبق است و حرکت انتقالی جهت القاء را نشان می دهد.

خطوط مغناطیسی نیرو همیشه از قطب شمال خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند. آنها در داخل آهنربا ادامه می یابند و هرگز باز نمی شوند.

قوانین برهمکنش میدان های مغناطیسی

میدان های مغناطیسی از منابع مختلفبه یکدیگر اضافه می شوند تا فیلد حاصل را تشکیل دهند.

در این حالت آهنرباهایی با قطب های مخالف (N - S) یکدیگر را جذب می کنند و با قطب های مشابه (N - N ، S - S) آنها را دفع می کنند. نیروهای متقابل بین قطب ها به فاصله بین آنها بستگی دارد. هر چه قطب ها نزدیکتر جابجا شوند، نیروی تولید شده بیشتر می شود.

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی

این شامل:

بردار القای مغناطیسی (B);

شار مغناطیسی (F)؛

پیوند شار (Ψ).

شدت یا قدرت ضربه میدان با مقدار تخمین زده می شود بردار القای مغناطیسی. با مقدار نیروی "F" ایجاد شده توسط جریان عبوری "I" از یک هادی به طول "l" تعیین می شود. В =F/(I∙l)

واحد اندازه گیری القای مغناطیسی در سیستم SI تسلا است (به یاد فیزیکدانی که این پدیده ها را مطالعه کرده و آنها را توصیف کرده است. روش های ریاضی). در ادبیات فنی روسیه "Tl" تعیین شده است و در اسناد بین المللی نماد "T" اتخاذ شده است.

1 T القای چنین شار مغناطیسی یکنواختی است که با عبور جریان 1 آمپر از این هادی به ازای هر متر طول رسانای مستقیم عمود بر جهت میدان، با نیروی 1 نیوتن عمل می کند.

1T=1∙N/(A∙m)

جهت بردار B توسط قانون دست چپ

اگر کف دست چپ خود را در میدان مغناطیسی قرار دهید تا خطوط نیرو از قطب شمال با زاویه قائم وارد کف دست شوند و چهار انگشت خود را در جهت جریان در هادی قرار دهید، آنگاه شست بیرون زده این کار را انجام می دهد. جهت نیروی وارد بر این هادی را نشان می دهد.

در حالتی که هادی دارای جریان الکتریکی در زاویه قائم با خطوط مغناطیسی نیرو قرار نگیرد، نیروی وارد بر آن متناسب با بزرگی جریان جاری و جزء برآمدگی طول هادی خواهد بود. جریان بر روی صفحه ای که در جهت عمود قرار دارد.

نیروی وارد بر جریان الکتریکی به موادی که هادی از آن ساخته شده و سطح مقطع آن بستگی ندارد. حتی اگر این هادی اصلا وجود نداشته باشد و بارهای متحرک در محیط دیگری بین قطب های مغناطیسی شروع به حرکت کنند، این نیرو به هیچ وجه تغییر نخواهد کرد.

اگر در داخل یک میدان مغناطیسی در تمام نقاط بردار B دارای جهت و قدر یکسان باشد، چنین میدانی یکنواخت در نظر گرفته می شود.

هر محیطی که داشته باشد، بر مقدار بردار القایی B تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی (F)

اگر عبور القای مغناطیسی را از ناحیه معینی S در نظر بگیریم، القای محدود شده با حدود آن را شار مغناطیسی می نامند.

هنگامی که ناحیه در زاویه α نسبت به جهت القای مغناطیسی متمایل می شود، شار مغناطیسی به میزان کسینوس زاویه شیب ناحیه کاهش می یابد. حداکثر مقدار آن زمانی ایجاد می شود که ناحیه عمود بر القای نافذ آن باشد. Ф=В·S

واحد اندازه گیری شار مغناطیسی 1 وبر است که با عبور القای 1 تسلا از مساحت 1 متر مربع تعریف می شود.

شار

این اصطلاح برای به دست آوردن مقدار کل شار مغناطیسی ایجاد شده از تعداد معینی از هادی های حامل جریان واقع در بین قطب های آهنربا استفاده می شود.

برای حالتی که همان جریان I از سیم پیچ یک سیم پیچ با تعداد دور n عبور می کند، آنگاه شار مغناطیسی کل (مرتبط) از همه پیچ ها، پیوند شار Ψ نامیده می شود.

Ψ=n·Ф . واحد پیوند شار 1 وبر است.

چگونه میدان مغناطیسی از یک برق متناوب تشکیل می شود؟

میدان الکترومغناطیسی که با بارهای الکتریکی و اجسام با گشتاورهای مغناطیسی در تعامل است، ترکیبی از دو میدان است:

برقی

مغناطیسی

آنها به هم پیوسته اند، ترکیبی از یکدیگر را نشان می دهند و هنگامی که یکی در طول زمان تغییر می کند، انحرافات خاصی در دیگری رخ می دهد. به عنوان مثال، هنگامی که یک میدان الکتریکی سینوسی متناوب در یک ژنراتور سه فاز ایجاد می شود، همان میدان مغناطیسی با مشخصات هارمونیک های متناوب مشابه به طور همزمان تشکیل می شود.

خواص مغناطیسی مواد

در رابطه با برهمکنش با میدان مغناطیسی خارجی، مواد به دو دسته تقسیم می شوند:

ضد فرومغناطیسبا ممان های مغناطیسی متعادل، که به دلیل آن، میزان مغناطیسی بسیار پایین بدن ایجاد می شود.

دیامغناطیس هایی با خاصیت مغناطیس کردن یک میدان داخلی در برابر عمل یک میدان خارجی. هنگامی که میدان خارجی وجود ندارد، خواص مغناطیسی آنها ظاهر نمی شود.

مواد پارامغناطیس با خاصیت مغناطیسی میدان داخلی در جهت میدان خارجی که درجه کمی دارند.

فرومغناطیس داشتن خواص مغناطیسیبدون میدان خارجی اعمال شده در دماهای زیر نقطه کوری.

آهنرباهای آهنی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در قدر و جهت.

همه این خواص مواد در تکنولوژی مدرن کاربردهای مختلفی پیدا کرده است.

مدارهای مغناطیسی

تمام ترانسفورماتورها، سلف ها، ماشین های الکتریکی و بسیاری از دستگاه های دیگر بر این اساس کار می کنند.

به عنوان مثال، در یک آهنربای الکتریکی فعال، شار مغناطیسی از یک هسته مغناطیسی ساخته شده از فولاد فرومغناطیسی و هوا با خواص غیر فرومغناطیسی مشخص عبور می کند. ترکیب این عناصر یک مدار مغناطیسی را می سازد.

اکثر دستگاه های الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند. در این مقاله بیشتر در این مورد بخوانید -