Magnetno polje toka, magnetni tok. Kaj je magnetno polje

Verjetno ni osebe, ki ne bi vsaj enkrat razmišljala o tem, kaj je magnetno polje. Skozi zgodovino so ga poskušali razložiti z eteričnimi vrtinci, domislicami, magnetnimi monopoli in še marsičem.

Vsi vemo, da se magneti, obrnjeni drug proti drugemu z enakimi poli, odbijajo, tisti z nasprotnimi poli pa privlačijo. Ta moč bo

Razlikuje se glede na to, kako oddaljena sta oba dela drug od drugega. Izkazalo se je, da opisani predmet ustvarja magnetni halo okoli sebe. Hkrati, ko se dve izmenični polji, ki imata enako frekvenco, prekrivata, ko se eno premakne v prostoru glede na drugo, dobimo učinek, ki se običajno imenuje "rotacijsko magnetno polje".

Velikost preučevanega predmeta je določena s silo, s katero magnet pritegne drugega ali železo. V skladu s tem večja kot je privlačnost, večje je polje. Silo je mogoče izmeriti z običajnimi sredstvi, tako da na eno stran postavite majhen kos železa in na drugo uteži, ki so zasnovane tako, da uravnotežijo kovino proti magnetu.

Za natančnejše razumevanje vsebine bi morali preučiti področja:

Na vprašanje, kaj je magnetno polje, je vredno povedati, da ga ima tudi človek. Konec leta 1960 je zaradi intenzivnega razvoja fizike nastala merilna naprava SQUID. Njegovo delovanje pojasnjujejo zakonitosti kvantnih pojavov. Je občutljiv element magnetometra, ki se uporablja za preučevanje magnetnega polja in podobno

količine, na primer, kot

SQUID so hitro začeli uporabljati za merjenje polj, ki jih ustvarjajo živi organizmi in seveda ljudje. To je spodbudilo razvoj novih področij raziskav, ki temeljijo na interpretaciji informacij, ki jih posreduje taka naprava. Ta smer se imenuje "biomagnetizem".

Zakaj pri ugotavljanju, kaj je magnetno polje, prej niso bile izvedene študije na tem področju? Izkazalo se je, da je v organizmih zelo šibek, njegovo merjenje pa je težka fizična naloga. To je posledica prisotnosti ogromne količine magnetnega šuma v okoliškem prostoru. Zato preprosto ni mogoče odgovoriti na vprašanje, kaj je človeško magnetno polje, in ga preučiti brez uporabe posebnih zaščitnih ukrepov.

Tak "halo" se pojavi okoli živega organizma iz treh glavnih razlogov. Prvič, zahvaljujoč ionskim točkam, ki se pojavijo kot posledica električne aktivnosti celičnih membran. Drugič, zaradi prisotnosti ferimagnetnih drobnih delcev, ki po nesreči zaidejo ali zaidejo v telo. Tretjič, ko se zunanja magnetna polja prekrivajo, je rezultat heterogena občutljivost različnih organov, kar izkrivlja prekrivajoče se krogle.

Magnetnega polja se še spomnimo iz šole, a to, kar predstavlja, ni nekaj, kar bi vsakomur »vskočilo« v spomin. Osvežimo, kar smo obravnavali, in vam morda povemo kaj novega, uporabnega in zanimivega.

Določanje magnetnega polja

Magnetno polje je polje sile, ki vpliva na premikajoče se električne naboje (delce). Zahvaljujoč temu polju sile se predmeti privlačijo drug drugega. Obstajata dve vrsti magnetnih polj:

Gravitacijski - nastane izključno v bližini elementarnih delcev in se razlikuje po svoji moči glede na lastnosti in strukturo teh delcev.
Dinamično, proizvedeno v objektih z gibljivimi električnimi naboji (oddajniki toka, magnetizirane snovi).

Oznako za magnetno polje je prvi uvedel M. Faraday leta 1845, čeprav je bil njen pomen nekoliko zmoten, saj je veljalo, da se tako električni kot magnetni vpliv in interakcija izvajata na podlagi istega materialnega polja. Kasneje leta 1873 je D. Maxwell »predstavil« kvantno teorijo, v kateri so se ti pojmi začeli ločevati, prej izpeljano polje sil pa so poimenovali elektromagnetno polje.

Kako se pojavi magnetno polje?

Človeško oko ne zazna magnetnih polj različnih predmetov in jih lahko zaznajo le posebni senzorji. Vir pojava polja magnetne sile v mikroskopskem merilu je gibanje magnetiziranih (nabitih) mikrodelcev, ki so:

ioni;
elektroni;
protoni.

Njihovo gibanje nastane zaradi spinskega magnetnega momenta, ki je prisoten v vsakem mikrodelcu.

Magnetno polje, kje ga najti?

Ne glede na to, kako čudno se sliši, imajo skoraj vsi predmeti okoli nas svoje magnetno polje. Čeprav ima v pojmovanju mnogih samo kamenček, imenovan magnet, magnetno polje, ki nase privlači železne predmete. Pravzaprav sila privlačnosti obstaja v vseh predmetih, le da se kaže v manjši valenci.

Prav tako je treba pojasniti, da se polje sile, imenovano magnetno, pojavi le, ko se električni naboji ali telesa gibljejo.

Nepremični naboji imajo električno polje sile (lahko je prisotno tudi v gibajočih se nabojih). Izkazalo se je, da so viri magnetnega polja:

trajni magneti;
premikajoče se naboje.

Viri magnetnega polja so premikanje električni naboji (tokovi) . Magnetno polje se pojavi v prostoru, ki obkroža vodnike s tokom, tako kot se pojavi električno polje v prostoru, ki obkroža stacionarne električne naboje. Magnetno polje trajnih magnetov ustvarjajo tudi električni mikrotokovi, ki krožijo znotraj molekul snovi (Amperejeva hipoteza).

Za opis magnetnega polja je potrebno uvesti silo, ki je podobna vektorju napetosti električno polje. Ta značilnost je vektor magnetne indukcije Vektor magnetne indukcije določa sile, ki delujejo na tokove ali gibljive naboje v magnetnem polju.
Za pozitivno smer vektorja se šteje smer od južnega pola S do severnega pola N magnetne igle, ki je prosto nameščena v magnetnem polju. Tako je s preučevanjem magnetnega polja, ki ga ustvari tok ali trajni magnet z majhno magnetno iglo, mogoče na vsaki točki v prostoru

Da bi kvantitativno opisali magnetno polje, je treba navesti metodo za določanje ne samo
smer vektorja a in njegov modulModul vektorja magnetne indukcije je enak razmerju največje vrednosti
Amperska sila, ki deluje na ravni vodnik s tokom, na jakost toka jaz v prevodniku in njegovo dolžino Δ l :

Amperova sila je usmerjena pravokotno na vektor magnetne indukcije in smer toka, ki teče skozi prevodnik. Za določitev smeri Amperove sile se običajno uporablja pravilo leve roke: če postavite levo roko tako, da indukcijske črte vstopijo v dlan, iztegnjeni prsti pa so usmerjeni vzdolž toka, bo abducirani palec pokazal smer sile, ki deluje na vodnik.

Medplanetno magnetno polje

Če bi bil medplanetarni prostor vakuum, bi lahko bila edina magnetna polja v njem le polja Sonca in planetov ter polje galaktičnega izvora, ki se razteza po spiralnih vejah naše Galaksije. V tem primeru bi bila polja Sonca in planetov v medplanetarnem prostoru izjemno šibka.
Pravzaprav medplanetarni prostor ni vakuum, ampak je napolnjen z ioniziranim plinom, ki ga oddaja Sonce (sončni veter). Koncentracija tega plina je 1-10 cm -3, značilne hitrosti so med 300 in 800 km/s, temperatura je blizu 10 5 K (spomnimo se, da je temperatura korone 2 × 10 6 K).
sončen veter– odtok plazme iz sončne korone v medplanetarni prostor. Na ravni Zemljine orbite je povprečna hitrost delcev sončnega vetra (protonov in elektronov) okoli 400 km/s, število delcev je več deset na 1 cm3.

Angleški znanstvenik William Gilbert, dvorni zdravnik kraljice Elizabete, je leta 1600 prvi dokazal, da je Zemlja magnet, katerega os ne sovpada z osjo vrtenja Zemlje. Posledično okoli Zemlje, kot okoli vsakega magneta, obstaja magnetno polje. Leta 1635 je Gellibrand odkril, da se zemeljsko magnetno polje počasi spreminja, Edmund Halley pa je izvedel prvo magnetno raziskavo oceanov na svetu in ustvaril prve magnetne karte na svetu (1702). Leta 1835 je Gauss izvedel sferično harmonično analizo zemeljskega magnetnega polja. V Göttingenu je ustvaril prvi magnetni observatorij na svetu.

Nekaj besed o magnetnih karticah. Običajno vsakih 5 let porazdelitev magnetnega polja na zemeljskem površju predstavijo magnetni zemljevidi treh ali več magnetnih elementov. Na vsaki od teh kart so narisane izolinije, vzdolž katerih ima določen element konstantno vrednost. Črte enake deklinacije D imenujemo izogone, naklone I imenujemo izokline, velikosti skupne jakosti B pa izodinamične črte ali izodine. Izomagnetne črte elementov H, Z, X in Y imenujemo izolinije vodoravne, navpične, severne oziroma vzhodne komponente.

Vrnimo se k risbi. Prikazuje krog s kotnim polmerom 90° - d, ki opisuje lego Sonca na zemeljski površini. Veliki krožni lok, narisan skozi točko P in geomagnetni pol B, seka ta krog v točkah H' n in H' m, ki označujeta položaj Sonca v trenutkih geomagnetnega poldneva in geomagnetne polnoči točke P. Ti trenutki so odvisni od zemljepisne širine točke P. Položaji Sonce ob lokalnem pravem poldnevu in polnoči sta označena s točkama H n oziroma H m. Ko je d pozitiven (poletje na severni polobli), potem jutranja polovica geomagnetnega dneva ni enaka večerni. Na visokih zemljepisnih širinah se lahko geomagnetni čas večino dneva zelo razlikuje od pravega ali srednjega časa.
Ko smo že pri časovnih in koordinatnih sistemih, spregovorimo še o upoštevanju ekscentričnosti magnetnega dipola. Ekscentrični dipol se od leta 1836 počasi premika navzven (sever in zahod). Ali je prečkal ekvatorialno ravnino? okoli leta 1862. Njegova radialna pot se nahaja na območju otoka Gilbert v Tihem oceanu

VPLIV MAGNETNEGA POLJA NA TOK

Znotraj vsakega sektorja se hitrost sončnega vetra in gostota delcev sistematično spreminjata. Raketna opazovanja kažejo, da se oba parametra močno povečata na meji sektorja. Konec drugega dne po prehodu meje sektorja gostota zelo hitro, nato pa se po dveh ali treh dneh počasi začne povečevati. Hitrost sončnega vetra počasi upada drugi ali tretji dan po tem, ko doseže svoj vrh. Sektorska struktura in opažene spremembe v hitrosti in gostoti so tesno povezane z magnetosferskimi motnjami. Sektorska struktura je precej stabilna, tako da se celotna struktura toka vrti s Soncem za vsaj nekaj sončnih obratov in potuje čez Zemljo približno vsakih 27 dni.

Magnetno polje je posebna oblika snovi, ki jo ustvarjajo magneti, prevodniki s tokom (gibajoči se nabiti delci) in ki jo lahko zaznamo z interakcijo magnetov, prevodnikov s tokom (gibajoči se nabiti delci).

Oerstedova izkušnja

Prvi poskusi (izvedeni leta 1820), ki so pokazali, da obstaja globoka povezava med električnimi in magnetnimi pojavi, so bili poskusi danskega fizika H. Oersteda.

Magnetna igla, ki se nahaja v bližini prevodnika, se ob vklopu toka v prevodniku zavrti za določen kot. Ko se vezje odpre, se puščica vrne v prvotni položaj.

Iz izkušenj G. Oersteda sledi, da je okoli tega prevodnika magnetno polje.

Amperove izkušnje
Dva vzporedna vodnika, po katerih teče električni tok, delujeta medsebojno: privlačita se, če sta toka istosmerna, in odbijata, če sta toka v nasprotni smeri. To se zgodi zaradi interakcije magnetnih polj, ki nastanejo okoli prevodnikov.

Lastnosti magnetnega polja

1. Materialno, tj. obstaja neodvisno od nas in našega znanja o njem.

2. Ustvarjeni z magneti, prevodniki s tokom (gibajoči se nabiti delci)

3. Zaznano z interakcijo magnetov, prevodnikov s tokom (gibajoči se nabiti delci)

4. Deluje na magnete, prevodnike s tokom (gibajoče se nabite delce) z določeno silo

5. V naravi ni magnetnih nabojev. Ne morete ločiti severnega in južnega pola in dobiti telesa z enim polom.

6. Razlog, zakaj imajo telesa magnetne lastnosti, je našel francoski znanstvenik Ampere. Ampere je predlagal sklep, da magnetne lastnosti katerega koli telesa določajo zaprti električni tokovi v njem.

Ti tokovi predstavljajo gibanje elektronov okoli orbit v atomu.

Če so ravnine, v katerih krožijo ti tokovi, nameščene naključno druga glede na drugo zaradi toplotnega gibanja molekul, ki sestavljajo telo, potem so njihove interakcije medsebojno kompenzirane in telo ne kaže nobenih magnetnih lastnosti.

In obratno: če so ravnine, v katerih se vrtijo elektroni, vzporedne druga z drugo in smeri normal na te ravnine sovpadajo, potem takšne snovi povečajo zunanje magnetno polje.

7. V magnetnem polju delujejo magnetne sile v določenih smereh, ki jih imenujemo magnetne silnice. Z njihovo pomočjo lahko priročno in jasno prikažete magnetno polje v določenem primeru.

Da bi natančneje prikazali magnetno polje, je bilo dogovorjeno, da se na tistih mestih, kjer je polje močnejše, polja prikažejo gostejše, tj. bližje drug drugemu. In obratno, na mestih, kjer je polje šibkejše, je prikazanih manj poljskih črt, tj. manj pogosto lociran.

8. Magnetno polje je označeno z vektorjem magnetne indukcije.

Vektor magnetne indukcije je vektorska količina, ki označuje magnetno polje.

Smer vektorja magnetne indukcije sovpada s smerjo severnega pola proste magnetne igle v dani točki.

Smer vektorja indukcije polja in jakost toka I sta povezana s "pravilom desnega vijaka (gimlet)":

če privijete gimlet v smeri toka v vodniku, bo smer hitrosti gibanja konca njegovega ročaja na dani točki sovpadala s smerjo vektorja magnetne indukcije na tej točki.

/ magnetno polje

Tema: Magnetno polje

Pripravil: Baygarashev D.M.

Preveril: Gabdullina A.T.

Magnetno polje

Če sta dva vzporedna vodnika povezana z virom toka, tako da skoznje teče električni tok, se vodnika glede na smer toka v njiju odbijata ali privlačita.

Razlaga tega pojava je možna s stališča nastanka posebne vrste snovi okoli prevodnikov - magnetnega polja.

Sile, s katerimi medsebojno delujejo vodniki s tokom, se imenujejo magnetni.

Magnetno polje- to je posebna vrsta snovi, katere posebnost je učinek na gibljivi električni naboj, vodnike s tokom, telesa z magnetnim momentom, s silo, odvisno od vektorja hitrosti naboja, smeri toka v prevodnik in smer magnetnega momenta telesa.

Zgodovina magnetizma sega v pradavnino, v starodavne civilizacije Male Azije. Na ozemlju Male Azije, v Magneziji, so našli kamnine, katerih vzorci so se med seboj privlačili. Glede na ime območja so takšne vzorce začeli imenovati "magneti". Vsak magnet v obliki palice ali podkve ima dva konca, imenovana poli; Prav na tem mestu so njegove magnetne lastnosti najbolj izrazite. Če magnet obesite na vrvico, bo en pol vedno kazal proti severu. Kompas temelji na tem principu. Severni pol prosto visečega magneta se imenuje severni pol magneta (N). Nasprotni pol se imenuje južni pol (S).

Magnetni poli delujejo med seboj: enaki poli se odbijajo in nasprotno privlačijo. Podobno kot koncept električnega polja, ki obkroža električni naboj, je uveden koncept magnetnega polja okoli magneta.

Leta 1820 je Oersted (1777-1851) odkril, da se magnetna igla, ki se nahaja ob električnem prevodniku, odkloni, ko skozi vodnik teče tok, to pomeni, da se okoli vodnika, po katerem teče tok, ustvari magnetno polje. Če vzamemo okvir s tokom, potem zunanje magnetno polje interagira z magnetnim poljem okvirja in ima nanj orientacijski učinek, tj. Obstaja položaj okvirja, pri katerem ima zunanje magnetno polje največji vrtilni učinek nanj. , in obstaja položaj, ko je sila navora enaka nič.

Magnetno polje na kateri koli točki lahko označimo z vektorjem B, ki se imenuje vektor magnetne indukcije oz magnetna indukcija na točki.

Magnetna indukcija B je vektorska fizikalna veličina, ki je značilnost sile magnetnega polja v točki. Enak je razmerju največjega mehanskega momenta sil, ki delujejo na okvir s tokom v enakomernem polju, in produkta jakosti toka v okvirju in njegove površine:

Smer vektorja magnetne indukcije B je vzeta kot smer pozitivne normale na okvir, ki je s tokom v okvirju povezana po pravilu desnega vijaka, z mehanskim navorom, ki je enak nič.

Enako kot so bile upodobljene črte električne poljske jakosti, so upodobljene indukcijske črte magnetnega polja. Magnetna silnica je namišljena črta, katere tangenta v točki sovpada s smerjo B.

Smeri magnetnega polja v dani točki lahko definiramo tudi kot smer, ki kaže

severni pol igle kompasa, postavljen na to točko. Menijo, da so črte magnetnega polja usmerjene od severnega proti južnemu tečaju.

Smer magnetnih indukcijskih linij magnetnega polja, ki ga ustvari električni tok, ki teče skozi ravni prevodnik, je določena s pravilom gimlet ali desnega vijaka. Smer magnetnih indukcijskih linij je vzeta za smer vrtenja glave vijaka, ki bi zagotovila njeno translacijsko gibanje v smeri električnega toka (slika 59).

kjer je n01 = 4 Pi 10–7 V s/(A m). - magnetna konstanta, R - razdalja, I - jakost toka v prevodniku.

Za razliko od elektrostatičnih silnic, ki se začnejo pri pozitivnem in končajo pri negativnem naboju, so magnetne silnice vedno zaprte. Zaznan ni bil noben magnetni naboj, podoben električnemu.

Za enoto indukcije je vzeta ena tesla (1 T) - indukcija takšnega enakomernega magnetnega polja, pri katerem največji mehanski navor 1 Nm deluje na okvir s površino 1 m2, skozi katerega teče tok 1 A teče.

Indukcijo magnetnega polja lahko določimo tudi s silo, ki deluje na vodnik s tokom v magnetnem polju.

Na prevodnik, po katerem teče tok, postavljen v magnetno polje, deluje Amperova sila, katere velikost je določena z naslednjim izrazom:

kjer je I jakost toka v vodniku, jaz- dolžina vodnika, B je velikost vektorja magnetne indukcije in je kot med vektorjem in smerjo toka.

Smer Amperove sile lahko določimo s pravilom leve roke: dlan leve roke postavimo tako, da črte magnetne indukcije vstopijo v dlan, štiri prste postavimo v smeri toka v vodniku, nato upognjen palec kaže smer Amperove sile.

Ob upoštevanju, da je I = q 0 nSv, in zamenjavi tega izraza v (3.21), dobimo F = q 0 nSh/B sin a. Število delcev (N) v dani prostornini prevodnika je N = nSl, potem je F = q 0 NvB sin a.

Določimo silo, s katero deluje magnetno polje na posamezen nabit delec, ki se giblje v magnetnem polju:

Ta sila se imenuje Lorentzova sila (1853-1928). Smer Lorentzove sile lahko določimo s pravilom leve roke: dlan leve roke postavimo tako, da črte magnetne indukcije vstopijo v dlan, štirje prsti kažejo smer gibanja pozitivnega naboja, veliki upognjen prst kaže smer Lorentzove sile.

Interakcijska sila med dvema vzporednima vodnikoma, po katerih tečeta toka I 1 in I 2, je enaka:

Kje jaz- del prevodnika, ki se nahaja v magnetnem polju. Če sta toka istosmerna, se vodnika privlačita (slika 60), če sta nasprotna, se odbijata. Sile, ki delujejo na vsak vodnik, so enake po velikosti in nasprotne smeri. Formula (3.22) je osnova za določanje enote toka 1 amper (1 A).

Za magnetne lastnosti snovi je značilna skalarna fizikalna količina - magnetna prepustnost, ki kaže, kolikokrat se indukcija B magnetnega polja v snovi, ki popolnoma zapolni polje, razlikuje po velikosti od indukcije B 0 magnetnega polja v vakuum:

Glede na magnetne lastnosti delimo vse snovi na diamagnetic, paramagnetic in feromagnetni.

Razmislimo o naravi magnetnih lastnosti snovi.

Elektroni v lupini atomov snovi se gibljejo po različnih orbitah. Če poenostavimo, menimo, da so te orbite krožne in vsak elektron, ki kroži okoli atomskega jedra, lahko obravnavamo kot krožni električni tok. Vsak elektron tako kot krožni tok ustvarja magnetno polje, ki ga imenujemo orbitalno. Poleg tega ima elektron v atomu lastno magnetno polje, imenovano spinsko polje.

Če se ob vnosu v zunanje magnetno polje z indukcijo B 0 znotraj snovi ustvari indukcija B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n 1).

V diamagnetnih materialih se v odsotnosti zunanjega magnetnega polja magnetna polja elektronov kompenzirajo in ko so vneseni v magnetno polje, postane indukcija magnetnega polja atoma usmerjena proti zunanjemu polju. Diamagnetni material je potisnjen iz zunanjega magnetnega polja.

U paramagnetni materialov magnetna indukcija elektronov v atomih ni popolnoma kompenzirana in atom kot celota se izkaže kot majhen trajni magnet. Običajno so v snovi vsi ti majhni magneti naključno usmerjeni in skupna magnetna indukcija vseh njihovih polj je nič. Če postavite paramagnet v zunanje magnetno polje, potem se bodo vsi majhni magneti - atomi vrteli v zunanjem magnetnem polju kot igle kompasa in magnetno polje v snovi se bo povečalo ( n >= 1).

Feromagnetna so tisti materiali, pri katerih n" 1. V feromagnetnih materialih se ustvarijo tako imenovane domene, makroskopska področja spontane magnetizacije.

V različnih domenah imajo indukcije magnetnega polja različne smeri (slika 61) in v velikem kristalu

medsebojno kompenzirajo. Ko feromagnetni vzorec vnesemo v zunanje magnetno polje, se meje posameznih domen premaknejo tako, da se volumen domen, usmerjenih vzdolž zunanjega polja, poveča.

S povečanjem indukcije zunanjega polja B 0 se poveča magnetna indukcija magnetizirane snovi. Pri nekaterih vrednostih B 0 se indukcija neha močno povečevati. Ta pojav imenujemo magnetna nasičenost.

Značilnost feromagnetnih materialov je pojav histereze, ki je dvoumna odvisnost indukcije v materialu od indukcije zunanjega magnetnega polja, ko se spremeni.

Magnetna histerezna zanka je zaprta krivulja (cdc`d`c), ki izraža odvisnost indukcije v materialu od amplitude indukcije zunanjega polja s periodično precej počasno spremembo slednjega (slika 62).

Histerezno zanko označujejo naslednje vrednosti: B s, Br, B c. B s - največja vrednost materialne indukcije pri B 0s; V r je preostala indukcija, enaka vrednosti indukcije v materialu, ko se indukcija zunanjega magnetnega polja zmanjša od B 0s do nič; -B c in B c - prisilna sila - vrednost, ki je enaka indukciji zunanjega magnetnega polja, ki je potrebna za spremembo indukcije v materialu iz preostale na nič.

Za vsak feromagnet obstaja temperatura (Curiejeva točka (J. Curie, 1859-1906), nad katero feromagnet izgubi svoje feromagnetne lastnosti.

Obstajata dva načina, da magnetiziran feromagnet spravimo v razmagneteno stanje: a) segrejemo nad Curiejevo točko in ohladimo; b) magnetizirajte material z izmeničnim magnetnim poljem s počasi padajočo amplitudo.

Feromagneti z nizko preostalo indukcijo in koercitivno silo se imenujejo mehki magneti. Uporabljajo se v napravah, kjer je treba feromagnete pogosto ponovno magnetizirati (jedra transformatorjev, generatorjev itd.).

Za izdelavo trajnih magnetov se uporabljajo magnetno trdi feromagneti, ki imajo veliko koercitivno silo.

DOLOČANJE INDUKCIJE MAGNETNEGA POLJA NA OSI KROŽNEGA TOKA

Cilj dela : preuči lastnosti magnetnega polja, seznani s pojmom magnetna indukcija. Določite indukcijo magnetnega polja na osi krožnega toka.

Teoretični uvod. Magnetno polje. Obstoj magnetnega polja v naravi se kaže v številnih pojavih, med katerimi so najenostavnejši interakcija gibajočih se nabojev (tokov), toka in trajnega magneta, dveh trajnih magnetov. Magnetno polje vektor . To pomeni, da je za njegov kvantitativni opis na vsaki točki v prostoru potrebno nastaviti vektor magnetne indukcije. Včasih se ta količina preprosto imenuje magnetna indukcija . Smer vektorja magnetne indukcije sovpada s smerjo magnetne igle, ki se nahaja na točki v obravnavanem prostoru in je brez drugih vplivov.

Ker je magnetno polje polje sile, ga prikazujemo z magnetne indukcijske črte – črte, katerih tangente v vsaki točki sovpadajo s smerjo vektorja magnetne indukcije v teh točkah polja. Običajno je, da skozi eno območje, pravokotno na , narišemo več črt magnetne indukcije, ki je enaka velikosti magnetne indukcije. Tako gostota črt ustreza vrednosti IN . Poskusi kažejo, da v naravi ni magnetnih nabojev. Posledica tega je, da so črte magnetne indukcije zaprte. Magnetno polje se imenuje homogeno, če so indukcijski vektorji na vseh točkah tega polja enaki, torej enaki po velikosti in imajo enake smeri.

Za magnetno polje je res princip superpozicije: magnetna indukcija nastalega polja, ki ga ustvari več tokov ali gibljivih nabojev, je enaka vektorska vsota polja magnetne indukcije, ki jih ustvari vsak tok ali premikajoči se naboj.

V enakomernem magnetnem polju deluje na ravni vodnik Amperska moč:

kjer je vektor, ki je po velikosti enak dolžini prevodnika l in sovpada s smerjo toka jaz v tem priročniku.

Določena je smer Amperove sile pravilo desnega vijaka(vektorji , in tvorijo desnosučni vijačni sistem): če je vijak z desnim navojem postavljen pravokotno na ravnino, ki jo tvorita vektorja in , in zasukan od do za najmanjši kot, potem translacijsko gibanje vijaka bo kazalo smer sile V skalarni obliki lahko relacijo (1) zapišemo na naslednji način:

F = jaz× l× B× greh a ali (2).

Iz zadnje relacije sledi fizikalni pomen magnetne indukcije : magnetna indukcija enakomernega polja je numerično enaka sili, ki deluje na prevodnik s tokom 1 A, dolg 1 m, ki se nahaja pravokotno na smer polja.

Enota SI za magnetno indukcijo je Tesla (T): .

Magnetno polje krožnega toka. Električni tok ne samo deluje z magnetnim poljem, ampak ga tudi ustvarja. Izkušnje kažejo, da v vakuumu tokovni element ustvarja magnetno polje z indukcijo v točki v prostoru.

(3) ,

kje je sorazmernostni koeficient, m 0 =4p×10-7 H/m– magnetna konstanta, – vektor, ki je številčno enak dolžini vodniškega elementa in sovpada v smeri z elementarnim tokom, – polmerni vektor, narisan od prevodniškega elementa do obravnavane točke polja, r – modul radijskega vektorja. Razmerje (3) sta eksperimentalno vzpostavila Biot in Savart, analiziral pa Laplace in se zato imenuje Biot-Savart-Laplaceov zakon. V skladu s pravilom desnega vijaka se vektor magnetne indukcije v obravnavani točki izkaže za pravokotnega na trenutni element in vektor polmera.

Na podlagi Biot-Savart-Laplaceovega zakona in načela superpozicije se magnetna polja električnih tokov, ki tečejo v prevodnikih poljubne konfiguracije, izračunajo z integracijo po celotni dolžini prevodnika. Na primer, magnetna indukcija magnetnega polja v središču krožne tuljave s polmerom R , skozi katerega teče tok jaz , je enako:

Magnetne indukcijske črte krožnega in prednjega toka so prikazane na sliki 1. Na osi krožnega toka je magnetna indukcijska črta ravna. Smer magnetne indukcije je povezana s smerjo toka v vezju pravilo desnega vijaka. Če ga uporabimo za krožni tok, ga lahko formuliramo takole: če se vijak z desnim navojem zavrti v smeri krožnega toka, bo translacijsko gibanje vijaka pokazalo smer magnetnih indukcijskih linij, tangente, ki v vsaki točki sovpadajo z vektorjem magnetne indukcije.

, (5)

Kje R – polmer obroča, X – razdalja od središča obroča do točke na osi, na kateri je določena magnetna indukcija.

Kakšna je definicija, magnetno polje..??

Roger

V sodobni fiziki se "magnetno polje" obravnava kot eno od polj sile, ki vodi do delovanja magnetne sile na premikajoče se električne naboje. Magnetno polje nastane s premikanjem električnih nabojev, običajno električnih tokov, pa tudi izmeničnega električnega polja. Obstaja hipoteza o možnosti obstoja magnetnih nabojev, ki je načeloma elektrodinamika ne prepoveduje, vendar do sedaj takih nabojev (magnetnih monopolov) še niso odkrili. V okviru Maxwellove elektrodinamike se je izkazalo, da je magnetno polje tesno povezano z električnim poljem, kar je pripeljalo do nastanka enotnega koncepta elektromagnetnega polja.
Fizika polja nekoliko spremeni odnos do magnetnega polja. Prvič, dokazuje, da magnetni naboji načeloma ne morejo obstajati. Drugič, izkaže se, da magnetno polje ni neodvisno polje, enako električnemu, ampak ena od treh dinamičnih korekcij, ki nastanejo med gibanjem električnih nabojev. Zato fizika polja obravnava le električno polje kot temeljno, magnetna sila pa postane eden od derivatov električne interakcije.
P.S. Profesor je seveda vrč, ampak opremo ima....

Marie

Magnetno polje je komponenta elektromagnetnega polja, ki se pojavi ob prisotnosti časovno spremenljivega električnega polja. Poleg tega lahko magnetno polje ustvari tok nabitih delcev ali magnetni momenti elektronov v atomih (trajni magneti). Glavna značilnost magnetnega polja je njegova jakost, ki jo določa vektor magnetne indukcije \vec(\mathbf(B)). V SI se magnetna indukcija meri v teslah (T).
Fizične lastnosti
Magnetno polje tvori časovno spremenljivo električno polje ali lastni magnetni momenti delcev. Poleg tega lahko magnetno polje ustvari tok nabitih delcev. V preprostih primerih ga je mogoče najti iz zakona Biot-Savart-Laplace ali izreka o kroženju (znanega tudi kot Amperov zakon). V bolj zapletenih situacijah se išče kot rešitev Maxwellovih enačb
Magnetno polje se kaže v vplivu na magnetne momente delcev in teles, na gibajoče se nabite delce (ali vodnike s tokom). Sila, ki deluje na naelektreni delec, ki se giblje v magnetnem polju, se imenuje Lorentzova sila. Sorazmeren je z nabojem delca in vektorskim produktom polja in hitrosti delca.
Matematična predstavitev
Vektorska količina, ki tvori polje v prostoru z ničelno divergenco.