میدان مغناطیسی کجاست یک میدان مغناطیسی

همانطور که یک بار الکتریکی در حالت سکون از طریق یک میدان الکتریکی روی بار دیگری اثر می گذارد، یک جریان الکتریکی نیز بر روی جریان دیگری از طریق یک میدان الکتریکی تأثیر می گذارد میدان مغناطیسی. عمل یک میدان مغناطیسی بر روی آهنرباهای دائمی به اثر آن بر روی بارهایی که در اتم های یک ماده حرکت می کنند و جریان های دایره ای میکروسکوپی ایجاد می کنند، کاهش می یابد.

دکترین از الکترومغناطیسبر اساس دو فرض:

• میدان مغناطیسی بر بارها و جریان های متحرک تأثیر می گذارد.
• یک میدان مغناطیسی در اطراف جریان ها و بارهای متحرک ایجاد می شود.

برهمکنش آهنرباها

آهنربای دائمی(یا سوزن مغناطیسی) در امتداد نصف النهار مغناطیسی زمین قرار دارد. انتهای اشاره به شمال نامیده می شود قطب شمال(ن) و طرف مقابل آن است قطب جنوب(S). با نزدیک شدن به دو آهن‌ربا به یکدیگر، متوجه می‌شویم که قطب‌های مشابه آنها را دفع می‌کنند و قطب‌های مخالف جذب می‌کنند ( برنج. یکی ).

اگر قطب ها را با برش آهنربای دائمی به دو قسمت از هم جدا کنیم، متوجه می شویم که هر یک از آنها نیز دارند دو قطب، یعنی آهنربای دائمی خواهد بود ( برنج. 2 ). هر دو قطب - شمال و جنوب - از یکدیگر جدایی ناپذیر، برابر هستند.

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط زمین یا آهنرباهای دائمی، مانند میدان الکتریکی، توسط خطوط مغناطیسی نیرو به تصویر کشیده می شود. تصویری از خطوط میدان مغناطیسی آهنربا را می توان با قرار دادن یک ورق کاغذ روی آن به دست آورد که براده های آهن به صورت یک لایه روی آن ریخته می شود. با ورود به یک میدان مغناطیسی، خاک اره مغناطیسی می شود - هر یک از آنها دارای یک قطب شمال و جنوب است. قطب های مخالف تمایل دارند به یکدیگر نزدیک شوند، اما با اصطکاک خاک اره روی کاغذ از این امر جلوگیری می شود. اگر با انگشت خود به کاغذ ضربه بزنید، اصطکاک کاهش می یابد و براده ها به یکدیگر جذب می شوند و زنجیره هایی را تشکیل می دهند که نشان دهنده خطوط یک میدان مغناطیسی هستند.

در برنج. 3 مکان را در میدان آهنربای مستقیم خاک اره و فلش های مغناطیسی کوچک نشان می دهد که جهت خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد. برای این جهت، جهت قطب شمال سوزن مغناطیسی گرفته می شود.

تجربه ارستد جریان میدان مغناطیسی

AT اوایل XIXکه در. دانشمند دانمارکی ارستدبا کشف یک کشف مهم انجام داد اثر جریان الکتریکی روی آهنرباهای دائمی . سیم بلندی را نزدیک سوزن مغناطیسی گذاشت. هنگامی که جریانی از سیم عبور می کرد، فلش می چرخید و سعی می کرد بر آن عمود باشد ( برنج. چهار ). این را می توان با ظهور یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی توضیح داد.

خطوط مغناطیسی نیروی میدان ایجاد شده توسط یک هادی مستقیم با جریان، دایره های متحدالمرکزی هستند که در صفحه ای عمود بر آن قرار دارند و مراکزی در نقطه ای که جریان از آن عبور می کند، قرار دارند. برنج. 5 ). جهت خطوط با قانون پیچ راست تعیین می شود:

اگر پیچ در جهت خطوط میدان بچرخد، در جهت جریان در هادی حرکت می کند. .

نیروی مشخصه میدان مغناطیسی است بردار القای مغناطیسی B . در هر نقطه به صورت مماس به خط میدان هدایت می شود. خطوط میدان الکتریکی با بارهای مثبت شروع و به بارهای منفی ختم می‌شوند و نیرویی که در این میدان بر یک بار وارد می‌شود به صورت مماس بر خط در هر یک از نقاط آن هدایت می‌شود. برخلاف میدان الکتریکی، خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند که به دلیل عدم وجود "بارهای مغناطیسی" در طبیعت است.

میدان مغناطیسی جریان اساساً هیچ تفاوتی با میدان ایجاد شده توسط یک آهنربای دائمی ندارد. از این نظر، یک آنالوگ آهنربای تخت یک سلونوئید طولانی است - یک سیم پیچ سیم، که طول آن بسیار بیشتر از قطر آن است. نمودار خطوط میدان مغناطیسی که او ایجاد کرد، به تصویر کشیده شده است برنج. 6 ، شبیه به آهنربای تخت ( برنج. 3 ). دایره ها بخش هایی از سیم را نشان می دهد که سیم پیچ برقی را تشکیل می دهد. جریان هایی که از روی سیم از ناظر عبور می کنند با ضربدرها و جریان های خلاف جهت - به سمت ناظر - با نقطه نشان داده می شوند. هنگامی که خطوط میدان مغناطیسی عمود بر صفحه نقشه باشند، همان نامگذاری ها پذیرفته می شود. برنج. 7 الف، ب).

جهت جریان در سیم پیچ شیر برقی و جهت خطوط میدان مغناطیسی داخل آن نیز با قانون پیچ راست مرتبط است که در این مورد به صورت زیر فرموله می شود:

اگر در امتداد محور شیر برقی نگاه کنید، جریانی که در جهت عقربه های ساعت می گذرد، میدان مغناطیسی در آن ایجاد می کند که جهت آن با جهت حرکت پیچ سمت راست منطبق است ( برنج. هشت )

بر اساس این قانون، به راحتی می توان فهمید که شیر برقی نشان داده شده در برنج. 6 انتهای راست آن قطب شمال و انتهای چپ آن قطب جنوب است.

میدان مغناطیسی داخل سلونوئید یکنواخت است - بردار القای مغناطیسی وجود دارد مقدار ثابت(B = Const). از این نظر، شیر برقی شبیه یک خازن تخت است که در داخل آن یک میدان الکتریکی یکنواخت ایجاد می شود.

نیرویی که در میدان مغناطیسی بر رسانایی با جریان وارد می شود

به طور تجربی ثابت شد که یک نیرو بر روی یک هادی حامل جریان در یک میدان مغناطیسی تأثیر می گذارد. در یک میدان یکنواخت، یک رسانای مستطیلی به طول l، که جریان I از طریق آن جریان دارد، که عمود بر بردار میدان B قرار دارد، نیرو را تجربه می کند: F = I l B .

جهت نیرو تعیین می شود قانون دست چپ:

اگر چهار انگشت کشیده دست چپ در جهت جریان در هادی قرار داده شود و کف دست بر بردار B عمود باشد، آن را کنار بگذارید. شستجهت نیروی وارد بر هادی را نشان می دهد (برنج. 9 ).

لازم به ذکر است که نیروی وارد بر هادی با جریان در میدان مغناطیسی به صورت مماس بر خطوط نیروی آن مانند نیروی الکتریکی نیست، بلکه عمود بر آنها است. هادی که در امتداد خطوط نیرو قرار دارد تحت تأثیر نیروی مغناطیسی قرار نمی گیرد.

معادله F = IlBاجازه می دهد تا یک مشخصه کمی از القای میدان مغناطیسی ارائه دهد.

نگرش به خواص هادی بستگی ندارد و خود میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

ماژول بردار القایی مغناطیسی B از نظر عددی برابر با نیروی وارد بر رسانایی با طول واحد واقع در عمود بر آن است که جریانی به اندازه یک آمپر از آن عبور می کند.

در سیستم SI، واحد القای میدان مغناطیسی تسلا (T) است:

یک میدان مغناطیسی جداول، نمودارها، فرمول ها

(برهم کنش آهنرباها، آزمایش ارستد، بردار القای مغناطیسی، جهت برداری، اصل برهم نهی. نمایش گرافیکی میدان های مغناطیسی، خطوط القای مغناطیسی. شار مغناطیسی، مشخصه انرژی میدان. نیروهای مغناطیسی، نیروی آمپر، نیروی لورنتس. حرکت باردار ذرات در میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی ماده، فرضیه آمپر)

میدان های مغناطیسی به طور طبیعی رخ می دهند و می توانند به صورت مصنوعی ایجاد شوند. شخصی متوجه ویژگی های مفید آنها شد که یاد گرفت آنها را به کار برد زندگی روزمره. منبع میدان مغناطیسی چیست؟

چگونه دکترین میدان مغناطیسی توسعه یافت

خواص مغناطیسی برخی از مواد در دوران باستان مورد توجه قرار گرفته بود، اما مطالعه واقعی آنها در ابتدا آغاز شد اروپای قرون وسطی. پرگرین، دانشمند فرانسوی، با استفاده از سوزن های فولادی کوچک، تقاطع نیرو را کشف کرد خطوط مغناطیسیدر نقاط خاص - قطب. 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 وقوع 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 جریان الکتریکی از آنها عبور می کند.
2. آهنرباهای دائمی؛
3. تغییر میدان الکتریکی

علت اصلی وقوع 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!به طور متقابل یکدیگر میدان های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد می کنند که 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، یک کمیت اسکالر که تعیین می کند چند خط میدان مغناطیسی از یک بخش معین عبور می کند. با حرف F مشخص شده است. بر اساس 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، جایی که سوزن مغناطیسی معمولی در آن قرار دارد، هدایت می شود. از نظر کمی، القای مغناطیسی در تسلا (Tl) اندازه گیری می شود.
2. کشش MP (N). این توسط نفوذپذیری مغناطیسی رسانه های مختلف تعیین می شود. در خلاء، نفوذپذیری به عنوان وحدت در نظر گرفته می شود. جهت بردار شدت با جهت القای مغناطیسی منطبق است. واحد اندازه گیری - A / m.

نحوه نمایش میدان مغناطیسی

به راحتی می توان تظاهرات میدان مغناطیسی را در مثال آهنربای دائمی مشاهده کرد. دارای دو قطب است و بسته به جهت، دو آهنربا جذب یا دفع می شوند. میدان مغناطیسی فرآیندهای رخ داده در این مورد را مشخص می کند:

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 استفاده از خطوط نیرو است. این خطوط هرگز قطع نمی شوند، هرگز شروع یا متوقف نمی شوند و حلقه های بسته را تشکیل می دهند. خطوط MF در مناطقی که میدان مغناطیسی قوی‌تر است، ترکیب می‌شوند.

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

اگرچه MF در واقعیت دیده نمی شود، خطوط نیرو را می توان به راحتی در دنیای واقعی با قرار دادن براده های آهن در MF مشاهده کرد. هر ذره مانند یک آهنربای کوچک با یک قطب شمال و جنوب رفتار می کند. 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. اندازه گیری جهت با قطب نما متصل به میدان آسان است. 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 تنها در قرن 19 ظاهر شدند. اکثر آنها با استفاده از نیرویی کار می کنند که الکترون هنگام حرکت در میدان مغناطیسی احساس می کند.

اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کوچک از زمان کشف مقاومت مغناطیسی غول پیکر در مواد لایه ای در سال 1988 عملا 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، MF در آزمون (T) یا در گاوس (G) اندازه گیری می شود. 1 T = 10000 گاوس. گاوس اغلب استفاده می شود زیرا تسلا میدان بسیار بزرگی است.

جالب هست.یک آهنربای کوچک یخچال یک MF برابر با 0.001 T ایجاد می کند و میدان مغناطیسی زمین به طور متوسط ​​0.00005 T 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 با فاصله کاهش می یابد. این توسط قانون آمپر توضیح داده شده است.

برخی از مواد با نفوذپذیری مغناطیسی بالاتر قادر به متمرکز کردن میدان های مغناطیسی هستند.

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

برای استفاده از این قانون، باید تصور کرد که سیم با دست راست گرفته می شود و شست جهت جریان را نشان می دهد. سپس چهار انگشت دیگر جهت بردار القای مغناطیسی را در اطراف هادی نشان خواهند داد.

راه دوم برای ایجاد یک MF استفاده از این واقعیت است که الکترون ها در برخی از مواد 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 بیشتر به‌گونه‌ای به هم متصل هستند 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 در اتم‌ها را می‌توان به‌طور تصادفی جهت‌گیری کرد و مهم نیست که این ماده چند الکترون جفت‌نشده داشته باشد، میدان مغناطیسی مشترکی وجود نخواهد داشت. این باید در دمای پایین پایدار باشد تا یک جهت گیری کلی الکترونی ترجیح داده شود. نفوذپذیری مغناطیسی بالا باعث مغناطیسی شدن چنین موادی در شرایط خاصی خارج از تأثیر میدان مغناطیسی می شود. اینها فرومغناطیس هستند.
3. سایر مواد ممکن است در حضور میدان مغناطیسی خارجی خواص مغناطیسی از خود نشان دهند. میدان خارجی برای یکسان سازی 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 پارامغناطیس است.

زمین را می توان به شکل صفحات خازن نشان داد که بار آن علامت مخالف دارد: "منهای" - در سطح زمین و "به علاوه" - در یونوسفر. بین آنها هوای اتمسفر به عنوان یک واشر عایق قرار دارد. خازن غول پیکر به دلیل تأثیر میدان مغناطیسی زمین بار ثابتی را حفظ می کند. با استفاده از این دانش می توان طرحی برای به دست آوردن انرژی الکتریکی از میدان مغناطیسی زمین ایجاد کرد. 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 می شود که جریان کمی از آن عبور می کند. با استفاده از این دستگاه نمی توان مقدار زیادی برق دریافت کرد.

الکتریسیته و مغناطیس بر بسیاری از جهان های اطراف انسان تسلط دارند: از اساسی ترین فرآیندها در طبیعت تا دستگاه های الکترونیکی پیشرفته.

ویدئو

میدان مغناطیسی شکل خاصی از ماده است که توسط آهنرباها، هادی‌های دارای جریان (ذرات باردار متحرک) ایجاد می‌شود و می‌توان آن را با برهمکنش آهن‌رباها، هادی‌ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داد.

تجربه ارستد

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود.

یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی هادی قرار دارد، هنگامی که جریان در هادی روشن می شود، از یک زاویه خاص می چرخد. هنگامی که مدار باز می شود، فلش به موقعیت اصلی خود باز می گردد.

از تجربه G.Oersted چنین بر می آید که میدان مغناطیسی در اطراف این هادی وجود دارد.

تجربه آمپر
دو هادی موازی که جریان الکتریکی از طریق آنها جریان می یابد با یکدیگر تعامل دارند: اگر جریان ها در یک جهت باشند جذب می شوند و اگر جریان ها در جهت مخالف باشند دفع می کنند. این به دلیل برهمکنش میدان های مغناطیسی است که در اطراف هادی ها ایجاد می شود.

خواص میدان مغناطیسی

1. مادی، یعنی. مستقل از ما و دانش ما از آن وجود دارد.

2. ایجاد شده توسط آهنربا، هادی با جریان (ذرات باردار متحرک)

3. توسط برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داده می شود.

4. روی آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) با مقداری نیرو عمل می کند

5. هیچ بار مغناطیسی در طبیعت وجود ندارد. نمی توان قطب شمال و جنوب را از هم جدا کرد و با یک قطب بدن به دست آورد.

6. دلیل اینکه اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط دانشمند فرانسوی آمپر کشف شد. آمپر این نتیجه را مطرح کرد که خواص مغناطیسی هر جسمی توسط جریان های الکتریکی بسته درون آن تعیین می شود.

این جریان ها نشان دهنده حرکت الکترون ها در مدارهای اتم هستند.

اگر صفحاتی که این جریان ها در آنها در گردش هستند به دلیل حرکت حرارتی مولکول های سازنده بدن به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار گیرند، برهمکنش آنها متقابلاً جبران می شود و هیچ خواص مغناطیسیبدن تشخیص داده نمی شود

و بالعکس: اگر صفحاتی که الکترون ها در آنها می چرخند موازی یکدیگر باشند و جهت نرمال ها به این صفحات منطبق باشد، چنین موادی میدان مغناطیسی خارجی را تقویت می کنند.

7. نیروهای مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی در جهات خاصی عمل می کنند که به آنها خطوط مغناطیسی نیرو می گویند. با کمک آنها می توانید میدان مغناطیسی را در یک مورد خاص به راحتی و به وضوح نشان دهید.

برای اینکه میدان مغناطیسی را دقیق‌تر به تصویر بکشیم، در مکان‌هایی که میدان قوی‌تر است، توافق کردیم که خطوط نیرو را متراکم‌تر نشان دهیم، یعنی. به هم نزدیک تر و بالعکس، در جاهایی که میدان ضعیف‌تر است، خطوط میدان به تعداد کمتر نشان داده می‌شوند، یعنی. کمتر واقع شده است.

8. میدان مغناطیسی بردار القای مغناطیسی را مشخص می کند.

بردار القای مغناطیسی - کمیت برداریمشخص کردن میدان مغناطیسی

جهت بردار القای مغناطیسی با جهت قطب شمال یک سوزن مغناطیسی آزاد در یک نقطه معین منطبق است.

جهت بردار القاء میدان و قدرت جریان I با "قاعده پیچ سمت راست (گیملت)" مرتبط است:

اگر گیملت را در جهت جریان در هادی پیچ کنید، جهت سرعت حرکت انتهای دسته آن در یک نقطه معین با جهت بردار القای مغناطیسی در این نقطه مطابقت دارد.

بیایید با هم بفهمیم میدان مغناطیسی چیست. از این گذشته، بسیاری از افراد تمام عمر خود را در این زمینه زندگی می کنند و حتی به آن فکر نمی کنند. وقت آن است که آن را درست کنیم!

یک میدان مغناطیسی

یک میدان مغناطیسینوع خاصی از موضوع است این خود را در عمل بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند (آهنربای دائمی) نشان می دهد.

مهم: میدان مغناطیسی روی بارهای ثابت عمل نمی کند! میدان مغناطیسی نیز با حرکت بارهای الکتریکی یا میدان الکتریکی متغیر با زمان یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد می شود. یعنی هر سیمی که جریان از آن عبور کند آهنربا هم می شود!

جسمی که میدان مغناطیسی خاص خود را دارد.

آهنربا دارای قطب هایی به نام شمال و جنوب است. نام های "شمالی" و "جنوبی" فقط برای راحتی (به عنوان "به علاوه" و "منهای" در برق) داده شده است.

میدان مغناطیسی با نشان داده می شود خطوط مغناطیسی نیرو. خطوط نیرو پیوسته و بسته هستند و جهت آنها همیشه با جهت نیروهای میدانی منطبق است. اگر براده های فلزی در اطراف آهنربای دائمی پراکنده شوند، ذرات فلز تصویر واضحی از خطوط میدان مغناطیسی که از شمال بیرون آمده و وارد قطب جنوب می شوند را نشان می دهند. ویژگی گرافیکی میدان مغناطیسی - خطوط نیرو.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی عبارتند از القای مغناطیسی, شار مغناطیسیو نفوذپذیری مغناطیسی. اما بیایید در مورد همه چیز به ترتیب صحبت کنیم.

بلافاصله توجه می کنیم که تمام واحدهای اندازه گیری در سیستم داده شده است SI.

القای مغناطیسی ب – بردار کمیت فیزیکی، که مشخصه قدرت اصلی میدان مغناطیسی است. با حرف مشخص می شود ب . واحد اندازه گیری القای مغناطیسی - تسلا (Tl).

القای مغناطیسی با تعیین نیرویی که یک میدان بر یک بار وارد می کند، نشان می دهد که چقدر قوی است. این نیرو نامیده می شود نیروی لورنتس.

اینجا q - شارژ، v - سرعت آن در میدان مغناطیسی، ب - القاء، اف نیروی لورنتس است که میدان بر روی بار عمل می کند.

اف- کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب القای مغناطیسی توسط ناحیه کانتور و کسینوس بین بردار القاء و نرمال به صفحه خطوطی که جریان از آن عبور می کند. شار مغناطیسی یک مشخصه اسکالر میدان مغناطیسی است.

می توان گفت که شار مغناطیسی تعداد خطوط القای مغناطیسی را مشخص می کند که در یک واحد سطح نفوذ می کنند. شار مغناطیسی در اندازه گیری می شود Weberach (WB).

نفوذپذیری مغناطیسیضریبی است که خواص مغناطیسی محیط را تعیین می کند. یکی از پارامترهایی که القای مغناطیسی میدان به آن بستگی دارد، نفوذپذیری مغناطیسی است.

سیاره ما برای چندین میلیارد سال یک آهنربای بزرگ بوده است. القای میدان مغناطیسی زمین بسته به مختصات متفاوت است. در خط استوا، حدود 3.1 ضربدر 10 به منهای توان پنجم تسلا است. علاوه بر این، ناهنجاری های مغناطیسی وجود دارد که مقدار و جهت میدان به طور قابل توجهی با مناطق همسایه متفاوت است. یکی از بزرگترین ناهنجاری های مغناطیسی در این سیاره - کورسکو ناهنجاری مغناطیسی برزیل.

منشا میدان مغناطیسی زمین هنوز برای دانشمندان یک راز است. فرض بر این است که منبع میدان، هسته فلزی مایع زمین است. هسته در حال حرکت است، به این معنی که آلیاژ آهن و نیکل مذاب در حال حرکت است و حرکت ذرات باردار جریان الکتریکی است که میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. مشکل این است که این نظریه ژئودینامو) توضیح نمی دهد که چگونه فیلد ثابت نگه داشته می شود.

زمین یک دوقطبی مغناطیسی عظیم است.قطب های مغناطیسی با قطب های جغرافیایی منطبق نیستند، اگرچه در مجاورت یکدیگر قرار دارند. علاوه بر این، قطب های مغناطیسی زمین در حال حرکت هستند. جابجایی آنها از سال 1885 ثبت شده است. به عنوان مثال، در طول صد سال گذشته، قطب مغناطیسی در نیمکره جنوبی تقریباً 900 کیلومتر جابجا شده است و اکنون در اقیانوس جنوبی قرار دارد. قطب نیمکره قطب شمال در سراسر اقیانوس منجمد شمالی به سمت ناهنجاری مغناطیسی سیبری شرقی حرکت می کند، سرعت حرکت آن (طبق داده های سال 2004) حدود 60 کیلومتر در سال بود. اکنون شتاب حرکت قطب ها وجود دارد - به طور متوسط ​​سرعت 3 کیلومتر در سال در حال افزایش است.

میدان مغناطیسی زمین برای ما چه اهمیتی دارد؟اول از همه، میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی محافظت می کند. ذرات باردار از اعماق فضا مستقیماً به زمین نمی افتند، بلکه توسط یک آهنربای غول پیکر منحرف می شوند و در امتداد خطوط نیروی آن حرکت می کنند. بنابراین، همه موجودات زنده از تشعشعات مضر محافظت می شوند.

در طول تاریخ زمین، چندین مورد وجود داشته است وارونگی ها(تغییرات) قطب های مغناطیسی. وارونگی قطبزمانی است که جایشان را عوض می کنند. آخرین باراین پدیده حدود 800 هزار سال پیش رخ داده است و بیش از 400 وارونگی ژئومغناطیسی در تاریخ زمین وجود داشته است.برخی از دانشمندان معتقدند که با توجه به شتاب مشاهده شده حرکت قطب های مغناطیسی، باید انتظار معکوس شدن قطب بعدی را داشت. یکی دو هزار سال آینده

خوشبختانه در قرن ما هیچ تغییری از قطب ها انتظار نمی رود. بنابراین، می توانید با در نظر گرفتن ویژگی ها و ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی، به خوشایند فکر کنید و از زندگی در میدان ثابت خوب قدیمی زمین لذت ببرید. و برای اینکه بتوانید این کار را انجام دهید، نویسندگان ما هستند که می توان با اطمینان از موفقیت، برخی از مشکلات آموزشی را به آنها سپرد! و انواع کارهای دیگر که می توانید در لینک سفارش دهید.

هنگامی که به دو هادی موازی جریان الکتریکی متصل می شوند، بسته به جهت (قطبی) جریان متصل، جذب یا دفع می شوند. این با ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف این هادی ها توضیح داده می شود. این ماده میدان مغناطیسی (MF) نامیده می شود. نیروی مغناطیسی نیرویی است که رساناها بر روی یکدیگر اثر می کنند.

نظریه مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا مطرح شد. در مگنزیا، در کوهستان، صخره ای خاص پیدا کردند که تکه های آن می توانستند جذب یکدیگر شوند. با نام مکان، این نژاد "آهن ربا" نامیده می شد. آهنربای میله ای شامل دو قطب است. خواص مغناطیسی آن به ویژه در قطب ها مشخص است.

آهنربایی که روی نخ آویزان است، کناره های افق را با قطب های خود نشان می دهد. قطب های آن به سمت شمال و جنوب خواهد رفت. قطب نما بر اساس این اصل کار می کند. قطب های مخالف دو آهن ربا جذب و مانند قطب دفع می کنند.

دانشمندان دریافته اند که یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی هادی قرار دارد، وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند، منحرف می شود. این نشان می دهد که یک MF در اطراف آن تشکیل شده است.

میدان مغناطیسی بر:

بارهای الکتریکی متحرک
موادی به نام فرومغناطیس: آهن، چدن، آلیاژهای آنها.

آهنرباهای دائمی اجسامی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی مشترک ذرات باردار (الکترون) هستند.

1 — قطب جنوبآهن ربا
2 - قطب شمال آهنربا
3 - MP به عنوان مثال براده های فلزی
4 - جهت میدان مغناطیسی

خطوط میدان زمانی ظاهر می شوند که یک آهنربای دائمی به ورق کاغذی نزدیک می شود که لایه ای از براده های آهن روی آن ریخته می شود. شکل به وضوح مکان قطب ها را با خطوط نیروی جهت دار نشان می دهد.

منابع میدان مغناطیسی

• میدان الکتریکی که با زمان تغییر می کند.
• هزینه های موبایل
• آهنرباهای دائمی

ما آهنرباهای دائمی را از کودکی می شناسیم. از آنها به عنوان اسباب بازی استفاده می شد که قطعات فلزی مختلفی را به سمت خود جذب می کرد. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها را در اسباب بازی های مختلف ساخته بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند اغلب انرژی مغناطیسی بیشتری نسبت به آهنرباهای دائمی دارند.

خواص

• رئیس انگو خاصیت میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر یک جسم باردار در یک چارچوب مرجع مشخص بی حرکت رها شود و یک سوزن مغناطیسی در نزدیکی آن قرار گیرد، آنگاه به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال به جز میدان زمین، یک میدان خارجی را احساس نمی کند. . و اگر جسم باردار شروع به حرکت در نزدیکی فلش کند، میدان مغناطیسی در اطراف بدن ظاهر می شود. در نتیجه، مشخص می شود که MF تنها زمانی تشکیل می شود که یک بار خاص حرکت می کند.
• میدان مغناطیسی قادر است بر جریان الکتریکی تأثیر بگذارد و بر آن تأثیر بگذارد. با نظارت بر حرکت الکترون های باردار می توان آن را تشخیص داد. در یک میدان مغناطیسی، ذرات دارای بار منحرف می شوند، هادی هایی با جریان جاری حرکت می کنند. قاب با نیروی جریان می‌چرخد و مواد مغناطیسی شده در فاصله مشخصی حرکت می‌کنند. سوزن قطب نما اغلب در رنگ آمیزی می شود رنگ ابی. این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال است، زیرا زمین دارای میدان مغناطیسی است. کل سیاره با قطب هایش مانند یک آهنربای بزرگ است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها توسط دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل تشخیص است. متغیر و دائمی است. یک میدان متناوب معمولاً توسط سلف های خاصی ایجاد می شود که با جریان متناوب کار می کنند. یک میدان ثابت از یک میدان الکتریکی ثابت تشکیل می شود.

قوانین

قوانین اساسی برای تصویر یک میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیرید.

قانون گیملت

خط نیرو در صفحه ای به تصویر کشیده می شود که در زاویه 90 0 نسبت به مسیر فعلی قرار دارد به طوری که در هر نقطه نیرو به صورت مماس بر خط هدایت می شود.

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قاعده گیملت با نخ سمت راست را به خاطر بسپارید.

گیملت باید در امتداد همان محور بردار جریان قرار گیرد، دسته باید به گونه‌ای بچرخد که گیره در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیملت تعیین می شود.

قانون حلقه حلقه

حرکت انتقالی گیملت در هادی، ساخته شده به شکل یک حلقه، نحوه جهت گیری القایی را نشان می دهد، چرخش با جریان جریان منطبق است.

خطوط نیرو در داخل آهنربا ادامه دارند و نمی توانند باز شوند.

یک میدان مغناطیسی منابع مختلفبا یکدیگر خلاصه می شوند. با این کار میدان مشترکی ایجاد می کنند.

آهنرباهای با قطب یکسان یکدیگر را دفع می کنند، در حالی که آهنرباهایی با قطب های متفاوت جذب می شوند. مقدار قدرت تعامل به فاصله بین آنها بستگی دارد. با نزدیک شدن به قطب ها، نیرو افزایش می یابد.

پارامترهای میدان مغناطیسی

• زنجیره جریان ( Ψ ).
• بردار القای مغناطیسی ( AT).
• شار مغناطیسی ( اف).

شدت میدان مغناطیسی با اندازه بردار القای مغناطیسی محاسبه می شود که به نیروی F بستگی دارد و توسط جریان I از طریق یک هادی با طول تشکیل می شود. l: V \u003d F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T) اندازه گیری می شود، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرده و با روش های محاسبه آنها سروکار دارد. 1 T برابر است با القای شار مغناطیسی توسط نیرو 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 به جهت میدان، با جریان یک آمپر:

1 T = 1 x H / (A x m).

قانون دست چپ

این قانون جهت بردار القای مغناطیسی را پیدا می کند.

اگر کف دست چپ در میدان قرار گیرد به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال زیر 90 0 وارد کف دست شود و 4 انگشت در امتداد جریان قرار گیرند، شست جهت نیروی مغناطیسی را نشان می دهد. .

اگر هادی در یک زاویه متفاوت باشد، آنگاه نیرو مستقیماً به جریان و برآمدگی هادی بر روی صفحه با زاویه قائم بستگی دارد.

نیرو به نوع ماده هادی و سطح مقطع آن بستگی ندارد. اگر هادی وجود نداشته باشد و بارها در محیط دیگری حرکت کنند، نیرو تغییر نخواهد کرد.

هنگامی که جهت بردار میدان مغناطیسی در یک جهت یک قدر باشد، میدان یکنواخت نامیده می شود. محیط های مختلف بر اندازه بردار القایی تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی

القای مغناطیسی که از ناحیه معینی S می گذرد و با این ناحیه محدود می شود، یک شار مغناطیسی است.

اگر ناحیه دارای یک شیب در زاویه α نسبت به خط القاء باشد، شار مغناطیسی به اندازه کسینوس این زاویه کاهش می یابد. بیشترین مقدار آن زمانی تشکیل می شود که ناحیه در زاویه قائمه با القای مغناطیسی باشد:

F \u003d B * S.

شار مغناطیسی در یک واحد اندازه گیری می شود مانند "وبر"، که برابر است با جریان القاء توسط مقدار 1 تبر اساس منطقه در 1 متر مربع.

شار

این مفهوم برای ایجاد استفاده می شود معنی کلیشار مغناطیسی که از تعداد معینی هادی که بین قطب های مغناطیسی قرار دارند ایجاد می شود.

وقتی همان جریان مناز طریق سیم پیچ با تعداد چرخش n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط تمام پیچ ها، پیوند شار است.

شار Ψ در وبر اندازه گیری می شود و برابر است با: Ψ = n * F.

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری تعیین می کند که چقدر میدان مغناطیسی در یک محیط خاص کمتر یا بیشتر از القای میدان در خلاء است. به ماده ای مغناطیسی گفته می شود که میدان مغناطیسی خاص خود را داشته باشد. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل به دست آوردن خواص مغناطیسی اجسام را مشخص کرده اند. طبق فرضیه دانشمندان، درون مواد وجود دارد جریان های الکتریکیاندازه میکروسکوپی یک الکترون دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود است که ماهیت کوانتومی دارد و در امتداد مدار خاصی در اتم ها حرکت می کند. این جریان های کوچک هستند که خواص مغناطیسی را تعیین می کنند.

اگر جریان ها به طور تصادفی حرکت کنند، میدان های مغناطیسی ناشی از آنها خود جبران می شوند. میدان خارجی جریان ها را مرتب می کند، بنابراین یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. این مغناطیس شدن ماده است.

مواد مختلف را می توان بر اساس خواص برهمکنش با میدان های مغناطیسی تقسیم کرد.

آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

پارامغناطیس- موادی که دارای خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی هستند، با احتمال کم مغناطیس. آنها قدرت میدانی مثبتی دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و ... اشاره کرد.
آهنربای فری- موادی با گشتاورهای مغناطیسی که از نظر جهت و ارزش نامتعادل هستند. آنها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده مشخص می شوند. قدرت میدان و دما بر حساسیت مغناطیسی آنها (اکسیدهای مختلف) تأثیر می گذارد.
فرومغناطیس ها- مواد با افزایش حساسیت مثبت، بسته به شدت و دما (کریستال های کبالت، نیکل و غیره).
دیامغناطیس ها- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی معنی منفیحساسیت مغناطیسی، مستقل از شدت. در صورت عدم وجود میدان، این ماده خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. این مواد عبارتند از: نقره، بیسموت، نیتروژن، روی، هیدروژن و سایر مواد.
آنتی فرومغناطیس ها - دارای یک گشتاور مغناطیسی متعادل و در نتیجه درجه مغناطیسی کم ماده است. هنگامی که گرم می شوند، آنها تحت یک انتقال فاز ماده قرار می گیرند که در آن خواص پارامغناطیس ایجاد می شود. هنگامی که دما به زیر یک حد معین کاهش می یابد، چنین خواصی ظاهر نمی شود (کروم، منگنز).

آهنرباهای در نظر گرفته شده نیز به دو دسته دیگر طبقه بندی می شوند:

مواد مغناطیسی نرم . نیروی اجباری پایینی دارند. در میدان های مغناطیسی ضعیف، آنها می توانند اشباع شوند. در طی فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات ناچیزی دارند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته های دستگاه های الکتریکی که بر روی ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
مغناطیسی سختمواد. آنها ارزش بیشتری از نیروی اجباری دارند. برای مغناطیس مجدد آنها، یک میدان مغناطیسی قوی لازم است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

خواص مغناطیسی مواد مختلفکاربرد آنها در طرح ها و اختراعات فنی پیدا می شود.

مدارهای مغناطیسی

به ترکیب چند ماده مغناطیسی مدار مغناطیسی می گویند. آنها شباهت هایی هستند و توسط قوانین مشابه ریاضی تعیین می شوند.

روی پایه مدارهای مغناطیسیاستفاده از وسایل الکتریکی، القایی،. در یک مغناطیس الکترومغناطیسی فعال، جریان از طریق یک مدار مغناطیسی ساخته شده از یک ماده فرومغناطیسی و هوا جریان می یابد که فرومغناطیس نیست. ترکیب این اجزا یک مدار مغناطیسی است. بسیاری از دستگاه های الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند.