Magnetni indukcioni vodovi provodnika sa strujom. Magnetna indukcija polja koje stvara beskonačno dugačak pravi provodnik sa strujom je –

Da li veličina indukcije magnetnog polja zavisi od sredine u kojoj se formira? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, uradimo sledeći eksperiment. Prvo odredimo silu (vidi sliku 117) kojom magnetno polje djeluje na provodnik sa strujom u zraku (u principu, to se mora učiniti u vakuumu), a zatim silu magnetnog polja na ovaj provodnik, na primjer, u vodi koja sadrži prah željeznog oksida (Na slici je posuda prikazana isprekidanom linijom). U mediju od željeznog oksida, magnetsko polje djeluje na provodnik sa strujom veća snaga. U ovom slučaju, veličina indukcije magnetnog polja je veća. Postoje supstance, kao što su srebro i bakar, u kojima je manje nego u vakuumu. Veličina indukcije magnetnog polja zavisi od sredine u kojoj se formira.

Količina koja pokazuje koliko je puta indukcija magnetnog polja u datom mediju veća ili manja od indukcije magnetnog polja u vakuumu naziva se magnetna permeabilnost medija. Ako je indukcija magnetnog polja medija B, a vakuum B 0, tada je magnetna permeabilnost medija

Magnetna permeabilnost sredine μ je bezdimenzionalna veličina. Za različite supstance to je drugačije. Dakle, za blagi čelik - 2180, zrak - 1,00000036, bakar - 0,999991 . Ovo se objašnjava činjenicom da razne supstance su nejednako magnetizirani u magnetnom polju.

Hajde da saznamo o čemu zavisi indukcija magnetnog polja pravi provodnik sa strujom. Near pravi deo A u zavoj žice (slika 122) postavljamo indikator C indukcije magnetskog polja. Upalimo struju. Magnetno polje sekcije A djeluje na okvir indikatora i rotira ga, što uzrokuje da igla odstupi od nulte pozicije. Promjenom jačine struje u okviru pomoću reostata, uočavamo da se za koliko se puta poveća struja u vodiču, za isti iznos povećava otklon indikatorske igle: V~I.

Održavajući konstantnu struju, povećat ćemo udaljenost između vodiča i okvira. Prema očitavanju indikatora, primjećujemo da je indukcija magnetnog polja obrnuto proporcionalna udaljenosti od vodiča do tačke polja koja se proučava: V~ I/R. Veličina indukcije magnetnog polja ovisi o magnetskim svojstvima medija - o njegovoj magnetskoj permeabilnosti. Što je veća magnetska permeabilnost, veća je indukcija magnetnog polja: B~μ.

Teoretski i preciznijim eksperimentima, francuski fizičari Biot, Savard i Laplace su ustanovili da je veličina indukcije magnetnog polja ravne žice malog poprečnog preseka u homogenom mediju sa magnetskom permeabilnosti μ na udaljenosti R od nje jednaka

Ovdje je μ 0 magnetna konstanta. Hajde da je nađemo numerička vrijednost i naziv u SI sistemu. Budući da je indukcija magnetskog polja u isto vrijeme jednaka onda, izjednačavajući ove dvije formule, dobijamo

Otuda magnetska konstanta Iz definicije ampera znamo da su segmenti paralelni provodnici dužina l = 1 m dok je na udaljenosti R = 1 m jedan od drugog, u interakciji sa silom F = 2*10 -7 n, kada struja teče kroz njih I = 1 a. Na osnovu toga izračunavamo μ 0 (uzimajući μ = 1):

Sada hajde da saznamo šta određuje indukciju magnetnog polja unutar zavojnice sa strujom. Sastavimo električni krug (Sl. 123). Postavljanjem okvira indikatora indukcije magnetnog polja unutar zavojnice, zatvaramo kolo. Povećavajući jačinu struje za 2, 3 i 4 puta, uočavamo da se indukcija magnetnog polja unutar zavojnice u skladu s tim povećava za isti iznos: V~I.

Nakon što smo odredili indukciju magnetskog polja unutar zavojnice, povećavamo broj zavoja po jedinici dužine. Da biste to učinili, spojite dvije identične zavojnice u seriju i umetnite jedan od njih u drugi. Pomoću reostata postavit ćemo trenutnu snagu na prethodnu vrijednost. Sa istom dužinom svitka l, broj zavoja n u njemu se udvostručio i, kao posljedica toga, broj zavoja po jedinici dužine zavojnice se udvostručio.

Magnetno polje električne struje

Magnetno polje stvaraju ne samo prirodni ili umjetni, već i provodnik ako kroz njega prolazi električna struja. Dakle, postoji veza između magnetnih i električnih pojava.

Nije teško provjeriti da se oko vodiča kroz koji teče struja formira magnetsko polje. Postavite ravan provodnik iznad pokretne magnetne igle, paralelno s njom, i provedite električnu struju kroz njega. Strelica će zauzeti položaj okomito na provodnik.

Koje sile bi mogle navesti magnetnu iglu da se okrene? Očigledno, jačina magnetnog polja koje nastaje oko vodiča. Isključite struju i magnetna igla će se vratiti u normalan položaj. To sugerira da je, kada je struja isključena, nestalo i magnetsko polje vodiča.

Dakle, električna struja koja prolazi kroz provodnik stvara magnetsko polje. Da biste saznali u kojem smjeru će magnetska igla odstupiti, primijenite pravilo desna ruka. Ako desnu ruku stavite preko provodnika, dlanom prema dolje, tako da se smjer struje poklapa sa smjerom prstiju, tada se savijena thumbće pokazati smjer otklona sjevernog pola magnetne igle smještene ispod provodnika. Koristeći ovo pravilo i znajući polaritet strelice, također možete odrediti smjer struje u vodiču.

Magnetno polje pravi provodnikima oblik koncentričnih krugova. Ako desnu ruku stavite preko provodnika, dlanom nadole, tako da se čini da struja izlazi iz prstiju, tada će savijeni palac pokazivati na Sjeverni pol magnetna igla.Takvo polje se naziva kružno magnetno polje.

Smjer dalekovodi kružno polje zavisi od provodnika i određeno je tzv pravilo gimleta. Ako mentalno zavrtite gimlet u smjeru struje, tada će se smjer rotacije njegove ručke poklopiti sa smjerom linija magnetskog polja. Primjenom ovog pravila možete saznati smjer struje u vodiču ako znate smjer linija polja koje stvara ova struja.

Vraćajući se eksperimentu s magnetskom iglom, možemo se uvjeriti da se ona uvijek nalazi svojim sjevernim krajem u smjeru linija magnetskog polja.

dakle, Magnetno polje nastaje oko pravog vodiča kroz koji prolazi električna struja. Ima oblik koncentričnih krugova i naziva se kružno magnetno polje.

Kiseli krastavci d. Magnetno polje solenoida

Magnetno polje nastaje oko bilo kojeg vodiča, bez obzira na njegov oblik, pod uvjetom da električna struja prolazi kroz provodnik.

U elektrotehnici se bavimo onima koji se sastoje od više zavoja. Da bismo proučili magnetsko polje zavojnice koja nas zanima, prvo razmotrimo kakav oblik ima magnetno polje jednog zavoja.

Zamislimo zavojnicu debele žice koja probija list kartona i spojena na izvor struje. Kada električna struja prođe kroz zavojnicu, oko svakog pojedinog dijela zavojnice formira se kružno magnetsko polje. Prema pravilu “gimleta”, nije teško odrediti da magnetne linije sile unutar zavojnice imaju isti smjer (prema nama ili od nas, ovisno o smjeru struje u zavojnici), a izlaze sa jedne strane zavojnice i uđite na drugu stranu. Niz takvih zavoja, u obliku spirale, je tzv solenoid (zavojnica).

Oko solenoida, kada struja prolazi kroz njega, formira se magnetsko polje. Dobiva se kao rezultat zbrajanja magnetnih polja svakog zavoja i oblikovan je kao magnetsko polje pravolinijskog magneta. Linije sile magnetskog polja solenoida, kao kod pravolinijskog magneta, napuštaju jedan kraj solenoida i vraćaju se na drugi. Unutar solenoida imaju isti smjer. Dakle, krajevi solenoida imaju polaritet. Kraj iz kojeg izlaze linije sile je sjeverni pol solenoid, a kraj u koji ulaze dalekovodi je njegov južni pol.

Solenoidni polovi može se odrediti po pravilo desne ruke, ali za to morate znati smjer struje u njenim zavojima. Ako desnu ruku stavite na solenoid, dlanom prema dolje, tako da se čini da struja izlazi iz prstiju, tada će savijeni palac pokazivati na sjeverni pol solenoida. Iz ovog pravila slijedi da polaritet solenoida ovisi o smjeru struje u njemu. Nije teško to praktično provjeriti dovođenjem magnetske igle na jedan od polova solenoida, a zatim promjenom smjera struje u solenoidu. Strelica će se momentalno rotirati za 180°, tj. pokazivat će da su se polovi solenoida promijenili.

Solenoid ima svojstvo uvlačenja lakih gvozdenih predmeta. Ako se čelična šipka stavi unutar solenoida, tada će se nakon nekog vremena, pod utjecajem magnetskog polja solenoida, šipka magnetizirati. Ova metoda se koristi u proizvodnji.

Elektromagneti

To je zavojnica (solenoid) sa gvozdenim jezgrom smeštenim unutar njega. Oblici i veličine elektromagneta su različiti, ali je opšta struktura svih njih ista.

Zavojnica elektromagneta je okvir, najčešće izrađen od presovanog drveta ili vlakana i ima raznih oblika ovisno o namjeni elektromagneta. Izolirana bakrena žica je namotana na okvir u nekoliko slojeva - namotaj elektromagneta. Ima različit broj zavoja i napravljen je od žice različitih promjera, ovisno o namjeni elektromagneta.

Za zaštitu izolacije namota od mehaničkih oštećenja, namotaj se prekriva jednim ili više slojeva papira ili nekog drugog izolacijskog materijala. Početak i kraj namotaja izvode se i spajaju na izlazne stezaljke postavljene na okvir, ili na fleksibilne provodnike sa ušicama na krajevima.

Zavojnica elektromagneta se montira na jezgro od mekog, žarenog gvožđa ili legura gvožđa sa silicijumom, niklom itd. Takvo gvožđe ima najmanji ostatak. Jezgra se najčešće izrađuju od kompozitnih tankih limova izolovanih jedna od druge. Oblici jezgara mogu biti različiti, ovisno o namjeni elektromagneta.

Ako se električna struja prođe kroz namotaj elektromagneta, oko namotaja se formira magnetsko polje koje magnetizira jezgro. Pošto je jezgro napravljeno od mekog gvožđa, ono će se odmah magnetizirati. Ako tada isključite struju, magnetna svojstva jezgre će također brzo nestati i ono će prestati biti magnet. Polovi elektromagneta, poput solenoida, određeni su pravilom desne ruke. Ako promijenite namotaj elektromagneta, tada će se polaritet elektromagneta promijeniti u skladu s tim.

Djelovanje elektromagneta je slično djelovanju trajnog magneta. Međutim, između njih postoji velika razlika. Trajni magnet uvijek ima magnetna svojstva, a elektromagnet samo kada električna struja prođe kroz njegov namotaj.

Osim toga, privlačna sila trajnog magneta je konstantna, budući da je magnetni tok trajnog magneta konstantan. Sila privlačenja elektromagneta nije konstantna vrijednost. Isti elektromagnet može imati različite snage atrakcija. Privlačna sila bilo kojeg magneta ovisi o veličini njegovog magnetskog fluksa.

Sila privlačenja, a samim tim i njen magnetni tok, zavisi od veličine struje koja prolazi kroz namotaj ovog elektromagneta. Što je struja veća, veća je privlačna sila elektromagneta, i obrnuto, što je manja struja u namotu elektromagneta, to je manja sila koja privlači magnetska tijela na sebe.

Ali za elektromagnete koji se razlikuju po svom dizajnu i veličini, sila njihove privlačnosti ne ovisi samo o veličini struje u namotu. Ako, na primjer, uzmemo dva elektromagneta istog dizajna i veličine, ali jedan sa malim brojem zavoja namotaja, a drugi sa mnogo većim brojem, onda je lako vidjeti da je pri istoj struji sila privlačenja od potonjeg će biti mnogo veće. Zaista, nego veći broj zavojima namotaja, to je veće magnetsko polje stvoreno oko ovog namota pri datoj struji, budući da se sastoji od magnetnih polja svakog zavoja. To znači da će magnetski tok elektromagneta, a samim tim i sila njegovog privlačenja, biti veći što je veći broj zavoja namotaja.

Postoji još jedan razlog koji utječe na veličinu magnetskog toka elektromagneta. Ovo je kvaliteta njegovog magnetnog kola. Magnetsko kolo je put duž kojeg je magnetski tok zatvoren. Magnetsko kolo ima određenu magnetni otpor. Magnetna reluktantnost ovisi o magnetskoj permeabilnosti medija kroz koji magnetni tok prolazi. Što je veća magnetna permeabilnost ovog medija, to je manji njegov magnetni otpor.

Od m Magnetska permeabilnost feromagnetnih tijela (gvožđe, čelik) je višestruko veća od magnetne permeabilnosti zraka, pa je isplativije napraviti elektromagnete tako da njihov magnetni krug ne sadrži zračne dijelove. Zove se proizvod jačine struje i broja zavoja namotaja elektromagneta magnetomotorna sila. Magnetomotorna sila se mjeri u broju amper-zavoja.

Na primjer, struja od 50 mA prolazi kroz namotaj elektromagneta sa 1200 zavoja. M magnetomotorna sila takav elektromagnet jednako 0,05 x 1200 = 60 amper-zavoja.

Djelovanje magnetomotorne sile je slično djelovanju elektromotorna sila u električnom kolu. Baš kao što EMF uzrokuje električnu struju, magnetomotorna sila stvara magnetni tok u elektromagnetu. Kao što se u električnom kolu s povećanjem emf povećava vrijednost struje, tako i u magnetskom kolu, s povećanjem magnetomotorne sile, raste magnetni tok.

Akcija magnetni otpor slično akciji električni otpor lancima. Kao što se struja smanjuje kako otpor električnog kola raste, tako se smanjuje i struja u magnetskom kolu. Povećanje magnetskog otpora uzrokuje smanjenje magnetnog fluksa.

Ovisnost magnetnog toka elektromagneta o magnetomotornoj sili i njegovom magnetskom otporu može se izraziti formulom sličnom formuli Ohmovog zakona: magnetomotorna sila = (magnetski tok / magnetski otpor)

Magnetski fluks jednak je magnetomotornoj sili podijeljenoj s magnetskom reluktancijom.

Broj zavoja namotaja i magnetski otpor za svaki elektromagnet je konstantna vrijednost. Stoga se magnetski tok datog elektromagneta mijenja samo s promjenom struje koja prolazi kroz namotaj. Budući da je privlačna sila elektromagneta određena njegovim magnetskim tokom, da bi se povećala (ili smanjila) privlačna sila elektromagneta, potrebno je odgovarajuće povećati (ili smanjiti) struju u njegovom namotu.

Polarizovani elektromagnet

Polarizirani elektromagnet je veza između trajnog magneta i elektromagneta. Ovako je dizajnirano. Na polove trajnog magneta pričvršćeni su takozvani mekani gvozdeni nastavci za polove. Svaki produžetak pola služi kao jezgro elektromagneta na njemu je montiran namotaj. Oba namotaja su međusobno povezana u seriju.

Pošto su produžeci polova direktno povezani sa polovima trajnog magneta, oni imaju magnetna svojstva čak i u odsustvu struje u namotajima; Istovremeno, njihova sila privlačenja je konstantna i određena je magnetskim tokom trajnog magneta.

Djelovanje polariziranog elektromagneta je da kada struja prolazi kroz njegove namote, privlačna sila njegovih polova se povećava ili smanjuje ovisno o veličini i smjeru struje u namotima. Djelovanje drugih elektromagneta temelji se na ovoj osobini polariziranog elektromagneta. električnih uređaja.

Utjecaj magnetskog polja na provodnik sa strujom

Ako provodnik postavite u magnetsko polje tako da se nalazi okomito na linije polja, i kroz ovaj provodnik prođete električnu struju, provodnik će se početi kretati i bit će istisnut iz magnetskog polja.

Kao rezultat interakcije magnetskog polja sa električnom strujom, provodnik se počinje kretati, tj. električna energija pretvara u mehaničku.

Sila kojom se provodnik potiskuje iz magnetskog polja zavisi od veličine magnetskog toka magneta, jačine struje u vodiču i dužine dela vodiča koji se sijeku linije polja. Smjer djelovanja ove sile, odnosno smjer kretanja provodnika, zavisi od smjera struje u provodniku i određen je pravilo leve ruke.

Ako dlan svoje lijeve ruke držite tako da linije magnetskog polja uđu u njega, a ispružena četiri prsta budu okrenuta prema smjeru struje u vodiču, tada će savijeni palac pokazati smjer kretanja vodiča. Kada primjenjujemo ovo pravilo, moramo imati na umu da linije polja izlaze sa sjevernog pola magneta.

Možete pokazati kako se koristi Amperov zakon određivanjem magnetnog polja u blizini žice. Postavimo pitanje: kakvo je polje izvan dugačke ravne žice cilindričnog poprečnog presjeka? Napravićemo jednu pretpostavku, možda ne tako očiglednu, ali ipak tačnu: linije polja B idu oko žice u krug. Ako napravimo ovu pretpostavku, onda nam Amperov zakon [jednačina (13.16)] govori kolika je veličina polja. Zbog simetrije zadatka, polje B ima istu vrijednost u svim tačkama kružnice koncentrične sa žicom (slika 13.7). Tada možemo lako uzeti linijski integral od B·ds. Jednostavno je jednako vrijednosti B pomnožene sa obimom. Ako je polumjer kružnice r, To

Ukupna struja kroz petlju je jednostavno struja / u žici, dakle

Jačina magnetnog polja opada obrnuto proporcionalno r, udaljenost od ose žice. Po želji, jednačina (13.17) se može napisati u vektorskom obliku. Podsjećajući da je B usmjeren okomito i na I i na r, imamo

Faktor 1/4πε 0 smo istakli sa 2 jer se često pojavljuje. Vrijedi zapamtiti da je to tačno 10 - 7 (u SI jedinicama), jer se jednačina oblika (13.17) koristi za definicije jedinice struje, ampera. Na udaljenosti od 1 m struja od 1 A stvara magnetno polje jednako 2·10 - 7 weber/m2.

Budući da struja stvara magnetsko polje, djelovat će s određenom silom na susjednu žicu kroz koju struja također prolazi. U pogl. 1 opisali smo jednostavan eksperiment koji pokazuje sile između dvije žice kroz koje struja teče. Ako su žice paralelne, onda je svaka od njih okomita na B polje druge žice; tada će se žice odbijati ili privlačiti jedna drugu. Kada struje teku u jednom smjeru, žice se privlače, kada struje teku u suprotnim smjerovima, odbijaju se.

Uzmimo još jedan primjer, koji se također može analizirati korištenjem Ampereovog zakona, ako dodamo i neke informacije o prirodi polja. Neka postoji duga žica umotana u čvrstu spiralu, čiji je poprečni presjek prikazan na sl. 13.8. Ova spirala se zove solenoid. Eksperimentalno uočavamo da kada je dužina solenoida veoma velika u poređenju sa prečnikom, polje izvan njega je veoma malo u poređenju sa poljem unutra. Koristeći samo ovu činjenicu i Amperov zakon, može se pronaći veličina polja unutar njega.

Od terena ostaci unutra (i ima nultu divergenciju), njegove linije treba da idu paralelno sa osom, kao što je prikazano na sl. 13.8. Ako je to slučaj, onda možemo koristiti Amperov zakon za pravougaonu "krivu" G na slici. Ova kriva prelazi udaljenost L unutar solenoida, gdje je polje, recimo, jednako B o, zatim ide pod pravim uglom na polje i vraća se nazad duž vanjsko područje, gdje se polje može zanemariti. Integral linije B duž ove krive je tačan Na 0 L, a to mora biti jednako 1/ε 0 c 2 puta ukupne struje unutar G, tj. NI(gdje je N broj zavoja solenoida duž dužine L). Imamo

Ili ulaskom n- broj okreta po jedinici dužine solenoid (tako n= N/L), dobijamo

Šta se dešava sa B linijama kada stignu do kraja solenoida? Očigledno se nekako razilaze i vraćaju se na solenoid s drugog kraja (slika 13.9). Potpuno isto polje se opaža izvan magnetne šipke. Pa šta je to magnet? Naše jednačine kažu da polje B nastaje zbog prisustva struja. A znamo da obične željezne šipke (ne baterije ili generatori) također stvaraju magnetna polja. Mogli biste očekivati da će na desnoj strani (13.12) ili (16.13) biti drugih pojmova koji predstavljaju "gustinu magnetiziranog željeza" ili neku sličnu veličinu. Ali takvog člana nema. Naša teorija kaže da magnetni efekti gvožđa nastaju iz nekih unutrašnjih struja koje su već uzete u obzir j-članom.

Materija je veoma složena kada se posmatra iz duboke tačke gledišta; U to smo se već uvjerili kada smo pokušali razumjeti dielektrike. Kako ne bismo prekidali naše izlaganje, odgodit ćemo detaljnu raspravu o internom mehanizmu magnetnih materijala vrsta gvožđa. Za sada ćemo morati prihvatiti da bilo kakav magnetizam nastaje zbog struja i da u stalnom magnetu postoje stalne unutrašnje struje. U slučaju gvožđa, ove struje stvaraju elektroni koji rotiraju oko sopstvene ose. Svaki elektron ima spin koji odgovara maloj cirkulirajućoj struji. Jedan elektron, naravno, ne proizvodi veliko magnetsko polje, ali običan komad materije sadrži milijarde i milijarde elektrona. Obično se rotiraju na bilo koji način tako da nestane neto efekat. Ono što je iznenađujuće je da u nekoliko supstanci poput gvožđa, većina elektroni rotiraju oko osi usmjerenih u jednom smjeru - u željezu, dva elektrona iz svakog atoma učestvuju u tom zajedničkom kretanju. Magnet sadrži veliki broj elektrona koji se okreću u istom pravcu, a, kao što ćemo videti, njihov kombinovani efekat je ekvivalentan struji koja cirkuliše po površini magneta. (Ovo je vrlo slično onome što smo pronašli u dielektricima – jednoliko polarizirani dielektrik je ekvivalentan raspodjeli naelektrisanja na njegovoj površini.) Stoga nije slučajno da je šipkasti magnet ekvivalentan solenoidu.

gdje je r udaljenost od ose provodnika do tačke.

Prema Ampereovoj pretpostavci, mikroskopske struje (mikrostruje) postoje u svakom tijelu, uzrokovane kretanjem elektrona u atomima. Oni stvaraju svoje magnetno polje i orijentišu se u magnetnim poljima makrostruja. Makrostruja je struja u vodiču pod utjecajem emf ili potencijalne razlike. Vektor magnetne indukcije karakterizira rezultujuće magnetsko polje stvoreno svim makro- i mikrostrujama. Magnetno polje makrostruja je takođe opisano vektorom intenziteta . U slučaju homogene izotropne sredine, vektor magnetne indukcije je povezan sa vektorom intenziteta relacijom

(5)

gdje je μ 0 - magnetna konstanta; μ je magnetna permeabilnost medija, koja pokazuje koliko je puta magnetsko polje makrostruja pojačano ili oslabljeno zbog mikrostruja medija. Drugim riječima, μ pokazuje koliko je puta vektor indukcije magnetskog polja u mediju veći ili manji nego u vakuumu.

Jedinica jačine magnetnog polja je A/m. 1A/m - jačina takvog polja čija je magnetna indukcija u vakuumu jednaka
Tl.

Zemlja je ogroman sferni magnet. Dejstvo Zemljinog magnetnog polja se detektuje na njenoj površini iu okolnom prostoru. - Magnetni pol Zemlje je tačka na njenoj površini u kojoj se vertikalno nalazi slobodno viseća magnetna igla. Položaji magnetnih polova podložni su stalnim promjenama, što je posljedica unutrašnje strukture naše planete. Stoga se magnetni polovi ne poklapaju sa geografskim. Južni pol Zemljinog magnetnog polja nalazi se kod sjeverne obale Amerike, a Sjeverni na Antarktiku. Dijagram Zemljinih linija magnetnog polja prikazan je na Sl. 5 (isprekidana linija označava Zemljinu os rotacije):

Smjer Zemljinih linija magnetnog polja određuje se pomoću magnetske igle. Ako magnetsku iglu okačite slobodno, ona će se postaviti u smjeru tangente na liniju sile. Budući da se magnetni polovi nalaze unutar Zemlje, magnetna igla nije postavljena horizontalno, već pod određenim uglom α prema horizontalnoj ravni. Ovaj ugao α naziva se magnetna inklinacija. Kako se približavate magnetnom polu, ugao α se povećava. Vertikalna ravan u kojoj se nalazi strelica naziva se ravan magnetskog meridijana, a ugao između magnetnih i geografskih meridijana - magnetna deklinacija. Karakteristika jačine magnetnog polja, kao što je već navedeno, je magnetna indukcija B. Njegova vrijednost je mala i varira od 0,42∙10 -4 Tesla na ekvatoru do 0,7∙10 -4 Tesla na magnetnim polovima.

Vektor indukcije Zemljinog magnetnog polja može se podijeliti na dvije komponente: horizontalnu i vertikalno
(Sl. 5). Magnetna igla pričvršćena na okomitu os postavljena je u smjeru horizontalne komponente Zemlje . Magnetna deklinacija , nagib α i horizontalnu komponentu magnetskog polja su glavni parametri Zemljinog magnetnog polja.

Značenje određuje se magnetometrijskom metodom, koja se zasniva na interakciji magnetskog polja zavojnice sa magnetskom iglom. Uređaj, nazvan tangentni kompas, je mali kompas (kompas sa brojčanikom podeljenim na stepene), montiran unutar namotaja od 1 od nekoliko navoja izolovane žice.

Zavojnica se nalazi u vertikalnoj ravni. Stvara dodatno magnetno polje k (prečnik zavojnice i broj zavoja su naznačeni na uređaju).

Magnetna igla 2 postavljena je u centar zavojnice. Ona mora biti mala da može prihvatiti indukciju koja djeluje na njegove polove jednaku indukciji u središtu kružne struje. Ravnina konture zavojnice postavljena je tako da se poklapa sa smjerom strelice i okomita je na horizontalnu komponentu zemljinog polja r. Pod uticajem r indukcije Zemljinog polja i indukcije polja zavojnice, strelica je postavljena u smjeru rezultirajuće indukcije r(Sl. 6 a, b).

Od sl. 6 to je jasno

(6)

Indukcija magnetnog polja zavojnice u centru je –

gdje je N broj zavoja kalema; I je struja koja teče kroz njega; R je polumjer zavojnice. Iz (6) i (7) slijedi da

(8)

Važno je shvatiti da je formula (8) približna, tj. to je tačno samo ako je veličina magnetne igle mnogo manja od radijusa konture R. Minimalna greška mjerenja je fiksirana pri kutu otklona igle od ≈45°. U skladu s tim, odabire se jačina struje u zavojnici tangentnog kompasa.

Radni nalog

Ugradite zavojnicu tangentnog kompasa tako da se njegova ravnina poklapa sa smjerom magnetske igle.

Sastavite kolo prema dijagramu (slika 7).

3. Uključite struju i izmjerite uglove otklona na krajevima strelice
I
. Unesite podatke u tabelu. Zatim, pomoću prekidača P, promijenite smjer struje u suprotan bez promjene veličine struje i izmjerite uglove otklona na oba kraja strelice
I
opet. Unesite podatke u tabelu. Tako je eliminisana greška u određivanju ugla povezanog sa neslaganjem ravnine tangentnog zavojnice kompasa sa ravninom magnetnog meridijana. Izračunaj

Rezultati mjerenja I i uneti u tabelu 1.

Tabela 1

Izračunaj u pros.

prema formuli

gdje je n broj mjerenja.

Pomoću formule pronađite granicu pouzdanosti ukupne greške
Gdje - Student koeficijent (at
=2,8).

=0,95 i n=5

Rezultate zapišite kao izraz

Sigurnosna pitanja

Kako se zove indukcija magnetskog polja? Koja je njegova mjerna jedinica? Kako se određuje smjer vektora magnetske indukcije?

Kako se zove jačina magnetnog polja? Kakva je njegova veza s magnetskom indukcijom?

Formulirajte Biot-Savart-Laplaceov zakon, izračunajte na osnovu njega indukciju magnetskog polja u centru kružne struje, indukciju polja jednosmjerne struje i solenoida.

Kako se određuje smjer indukcije magnetskog polja jednosmjerne i kružne struje?

Koji je princip superpozicije magnetnih polja?

Koje polje se naziva vrtložno polje?

Formulišite Amperov zakon.

Recite nam o glavnim parametrima Zemljinog magnetnog polja.

Kako možete odrediti smjer Zemljinih linija magnetskog polja?

Zašto je povoljnije mjeriti horizontalnu komponentu indukcije magnetskog polja pod kutom otklona igle od 45°?

LABORATORIJSKI RAD br. 7

Elektromagnetne pojave

Elektromagnetne pojave odražavaju vezu električne struje sa magnetnim poljem. Svi njihovi fizički zakoni su dobro poznati i nećemo pokušavati da ih ispravimo; naš cilj je drugačiji: objasniti fizičku prirodu ovih pojava. Jedno nam je već jasno: ni elektricitet ni magnetizam ne mogu postojati bez elektrona; i u tome se već manifestuje elektromagnetizam. Razgovarali smo i o tome da. Ostanimo za najnoviji fenomen i hajde da razjasnimo kako se to dešava.

Pogledajmo zavojnicu s kraja i pustimo da električna struja teče kroz njega u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Struja je tok elektrona koji klizi duž površine vodiča (samo na površini postoje otvoreni usisni žljebovi). Tok elektrona će se nositi duž susjednog etra, a također će se početi kretati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Brzina etera u blizini vodiča bit će određena brzinom elektrona u vodiču, a ona će zauzvrat ovisiti o razlici u tlaku etera (na električnom naponu na zavojnici) i o površini protoka dirigenta. Eter koji nosi struja će uticati na susjedne slojeve, a oni će se također kretati unutar i izvan zavojnice u krug. Brzina uskovitlanog etra biće raspoređena na sledeći način: njegova najveća vrednost je, naravno, u predelu namotaja; kada se pomeri prema centru, smanjuje se po linearnom zakonu, tako da će u samom centru biti nula; Prilikom udaljavanja od zavoja prema periferiji, brzina će se također smanjiti, ali ne linearno, već prema složenijem zakonu.

Makro-vorteks etera koji se kovitla strujom će početi da orijentiše elektrone na takav način da će se svi oni rotirati sve dok njihove ose rotacije ne budu paralelne sa osi zavojnice; u isto vrijeme, unutar zavojnice će se rotirati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, a izvan njega - u smjeru kazaljke na satu; u isto vrijeme, elektroni će težiti da budu koaksijalni, odnosno skupljat će se u magnetne žice. Proces orijentacije elektrona će potrajati neko vrijeme, a po završetku će se unutar zavojnice pojaviti magnetni snop sa sjevernim polom u našem smjeru, a izvan zavojnice, naprotiv, sjeverni pol će biti daleko od nas. Time smo dokazali valjanost pravila zavrtnja ili gimleta, poznatog u elektrotehnici, koje uspostavlja vezu između smjera struje i smjera magnetskog polja koje ona stvara.

Magnetska sila (napetost) u svakoj tački magnetnog polja određena je promjenom brzine etera u ovoj tački, odnosno derivacijom brzine u odnosu na udaljenost od zavoja zavojnice: Što je veća promjena brzine, to je veća napetost. Ako povežemo magnetsku silu zavojnice sa njenim električnim i geometrijskim parametrima, onda ona ima direktnu vezu sa trenutnom vrednošću i inverznu vezu sa prečnikom zavojnice. Što je veća struja i manji prečnik, to je više mogućnosti skupljaju elektrone u užadima određenog smjera rotacije i to će biti veća magnetna sila zavojnice. Već je rečeno da se jačina magnetnog polja može pojačati ili oslabiti pomoću medija.

Proces konverzije električne energije DC u magnetizam - nije reverzibilan: ako se magnet stavi u zavojnicu, onda u njemu ne nastaje struja. Energija makrovorteksa koji postoji oko magneta je toliko mala da nije u stanju natjerati elektrone da se kreću duž zavoja uz najmanji otpor za njih. Podsjetimo još jednom da je u obrnutom procesu, makrovorteks etra, djelujući kao posrednik, samo orijentirao elektrone i ništa više, odnosno kontrolirao je samo magnetsko polje, a jačinu polja određivao je broj jednosmjernih magnetnih kablova.