Vooluga juhi magnetinduktsiooni jooned. Lõpmatult pika sirge juhi tekitatud välja magnetiline induktsioon vooluga, -

Kas magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonnast, milles see tekib? Sellele küsimusele vastamiseks teeme järgmise katse. Määrakem esmalt jõud (vt joon. 117), millega magnetväli mõjub õhuvooluga juhile (põhimõtteliselt tuleb seda teha vaakumis) ja seejärel sellele juhile mõjuva magnetvälja jõud, näiteks raudoksiidi pulbrit sisaldavas vees (anum on joonisel näidatud punktiirjoonega). Raudoksiidi keskkonnas mõjub magnetväli voolu juhtivale juhile suurema jõuga. Sel juhul on magnetvälja induktsiooni tugevus suurem. On aineid, nagu hõbe, vask, milles seda on vähem kui vaakumis. Magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonnast, milles see tekib.

Väärtust, mis näitab, mitu korda on magnetvälja induktsioon antud keskkonnas suurem või väiksem kui magnetvälja induktsioon vaakumis, nimetatakse kandja magnetiline läbilaskvus. Kui keskkonna magnetvälja induktsioon on B ja vaakum on B 0, siis on keskkonna magnetiline läbilaskvus

Söötme magnetiline läbilaskvus μ on mõõtmeteta suurus. Sest erinevaid aineid ta on teistsugune. Niisiis, pehme terase jaoks - 2180, õhk - 1,00000036, vask - 0,999991 . Seda selgitab erinevaid aineid magnetiseeritakse magnetväljas erinevalt.

Uurige, millest sõltub magnetvälja induktsioon otsene dirigent vooluga. Lähedal sirge lõik Ja traadi mähis (joonis 122) asetame magnetvälja induktsiooni indikaatori C. Lülitame voolu sisse. Indikaatorraamile mõjuv sektsiooni A magnetväli pöörab seda, mis põhjustab noole kõrvalekaldumise nullasendist. Muutes voolutugevust kaadris reostaadiga, märkame, et mitu korda suureneb juhi vool, suureneb indikaatori noole kõrvalekalle sama palju: V~I.

Jättes voolutugevuse muutmata, suurendame juhtme ja raami vahelist kaugust. Indikaatori näidu järgi märkame, et magnetvälja induktsioon on pöördvõrdeline kaugusega juhist uuritava välja punktini: V~ I/R. Magnetvälja induktsiooni suurus sõltub keskkonna magnetilistest omadustest - selle magnetilisest läbilaskvusest. Mida suurem on magnetiline läbilaskvus, seda suurem on magnetvälja induktsioon: B~μ.

Teoreetiliselt ja täpsemate katsetega leidsid prantsuse füüsikud Biot, Savard ja Laplace, et väikese ristlõikega sirge traadi magnetvälja induktsiooni suurus homogeenses keskkonnas magnetilise läbilaskvusega μ kaugusel R on võrdne

Siin on μ 0 magnetkonstant. Otsime ta üles arvväärtus ja nimi SI-süsteemis. Kuna magnetvälja induktsioon samal ajal on võrdne siis, võrdsustades need kaks valemit, saame

Siit ka magnetkonstant Ampri definitsioonist teame, et segmendid paralleelsed juhid pikk l = 1 m, olles eemal R = 1 müksteisest, suhelge jõuga F \u003d 2 * 10 -7 n, kui vool läbib neid I = 1 a. Selle põhjal arvutame μ 0 (eeldusel, et μ = 1):

Nüüd uurime, millest sõltub magnetvälja induktsioon pooli sees vooluga. Paneme kokku elektriahela (joonis 123). Asetades magnetvälja induktsiooni indikaatori raami mähise sisse, sulgeme ahela. Suurendades voolutugevust 2, 3 ja 4 korda, märkame, et vastavalt pooli sees oleva magnetvälja induktsioon suureneb sama palju: V~I.

Olles määranud mähise sees oleva magnetvälja induktsiooni, suurendame pöörete arvu selle pikkuseühiku kohta. Selleks ühendame kaks identset mähist järjestikku ja sisestame ühe neist teise. Reostaadiga seadsime eelmise voolutugevuse. Sama pikkusega mähise l korral kahekordistus selles keerdude arv n ja selle tulemusena kahekordistus keerdude arv pooli pikkuseühiku kohta.

Elektrivoolu magnetväli

Magnetvälja ei loo mitte ainult looduslikud või tehislikud, vaid ka juht, kui seda läbib elektrivool. Seetõttu on magnetiliste ja elektriliste nähtuste vahel seos.

Pole raske veenduda, et voolu läbiva juhi ümber tekib magnetväli. Liigutatava magnetnõela kohale asetage sellega paralleelne sirge juht ja laske sellest läbi elektrivool. Nool asub juhiga risti.

Millised jõud võivad magnetnõela pöörata? Ilmselgelt juhi ümber tekkinud magnetvälja tugevus. Lülitage vool välja ja magnetnõel naaseb normaalsesse asendisse. See viitab sellele, et väljalülitatud voolu korral kadus ka juhi magnetväli.

Seega loob juhti läbiv elektrivool magnetvälja. Et teada saada, millises suunas magnetnõel kaldub, rakendage reeglit parem käsi. Kui asetate parema käe peopesaga allapoole juhi kohale nii, et voolu suund langeb kokku sõrmede suunaga, siis painutatud pöial näitab juhi alla asetatud magnetnõela põhjapooluse läbipainde suunda. Kasutades seda reeglit ja teades noole polaarsust, saate määrata ka voolu suuna juhis.

Magnetväli sirge juhton kontsentriliste ringide kujul. Kui asetate parema käe juhtme kohale peopesaga allapoole nii, et vool näib tulevat sõrmedest välja, siis osutab painutatud pöial põhjapoolus magnetiline nõel.Sellist välja nimetatakse ringikujuliseks magnetväljaks.

Suund jõujooned ringikujuline väli oleneb juhis ja on defineeritud nn "gileti" reegel. Kui klapp on vaimselt voolu suunas keeratud, langeb selle käepideme pöörlemissuund kokku magnetvälja jõujoonte suunaga. Seda reeglit rakendades saate teada voolu suuna juhis, kui teate selle voolu tekitatud välja välja jõujoonte suunda.

Tulles tagasi katse juurde magnetnõelaga, võib veenduda, et see asub alati põhjapoolse otsaga magnetvälja jõujoonte suunas.

Niisiis, Elektrivoolu kandev sirge juht loob enda ümber magnetvälja. Sellel on kontsentrilised ringid ja seda nimetatakse ringikujuliseks magnetväljaks.

Hapukurgid e. Solenoidi magnetväli

Magnetväli tekib iga juhi ümber, olenemata selle kujust, eeldusel, et juhti läbib elektrivool.

Elektrotehnikas me tegeleme, mis koosneb mitmest pöördest. Et uurida meile huvipakkuva pooli magnetvälja, vaatleme esmalt, mis kuju on ühe pöörde magnetväljal.

Kujutage ette jämeda traadi mähist, mis tungib läbi papilehe ja on ühendatud vooluallikaga. Kui elektrivool läbib mähist, moodustub mähise iga üksiku osa ümber ringikujuline magnetväli. "Gimleti" reegli järgi on lihtne kindlaks teha, et mähise sees olevatel magnetjõujoontel on sama suund (meie poole või meist eemale, olenevalt mähise voolu suunast) ja need väljuvad ühest. pooli pool ja sisestage teisele poole. Selliste spiraalikujuliste mähiste seeria on nn solenoid (mähis).

Solenoidi ümber, kui vool läbib seda, tekib magnetväli. See saadakse iga mähise magnetväljade liitmisel ja sarnaneb kujult sirgjoonelise magneti magnetväljaga. Solenoidi magnetvälja jõujooned, nagu ka sirgjoonelises magnetis, väljuvad solenoidi ühest otsast ja pöörduvad tagasi teise. Solenoidi sees on neil sama suund. Seega on solenoidi otstel polaarsus. Lõpp, kust jõujooned välja tulevad, on põhjapoolus solenoid ja ots, kuhu jõujooned sisenevad, on selle lõunapoolus.

Solenoidpostid saab määrata parema käe reegel, kuid selleks peate teadma voolu suunda selle pöördeid. Kui paned parema käe solenoidile peopesaga allapoole, nii et vool näib tulevat sõrmedest välja, siis kõverdatud pöial osutab solenoidi põhjapoolusele.. Sellest reeglist järeldub, et solenoidi polaarsus sõltub selles oleva voolu suunast. Praktikas on seda lihtne kontrollida, viies magnetnõela ühe solenoidi pooluse juurde ja muutes seejärel solenoidi voolu suunda. Nool pöördub koheselt 180°, st see näitab, et solenoidi poolused on muutunud.

Solenoidil on omadus tõmmata endasse kergeid raudesemeid. Kui solenoidi sisse asetada terasvarras, siis mõne aja pärast solenoidi magnetvälja mõjul latt magnetiseerub. Seda meetodit kasutatakse valmistamisel.

Elektromagnetid

See on mähis (solenoid), mille sisse on asetatud raudsüdamik. Elektromagnetite kuju ja suurus on erinevad, kuid nende kõigi üldine paigutus on sama.

Elektromagnetmähis on raam, mis on enamasti valmistatud pressplaadist või kiust ja millel on erinevaid vorme sõltuvalt elektromagneti otstarbest. Raamile on mitmes kihis keritud vase isolatsiooniga traat - elektromagneti mähis. Sellel on erinev pöörete arv ja see on valmistatud erineva läbimõõduga traadist, sõltuvalt elektromagneti otstarbest.

Mähise isolatsiooni kaitsmiseks mehaaniliste vigastuste eest kaetakse mähis ühe või mitme kihi paberi või mõne muu isoleermaterjaliga. Mähise algus ja lõpp tuuakse välja ja ühendatakse raamile paigaldatud väljundklemmidega või painduvate juhtmetega, mille otstes on kõrvad.

Elektromagnetmähis on paigaldatud südamikule, mis on valmistatud pehmest, lõõmutatud rauast või rauasulamitest, milles on räni, niklit jne. Sellises rauas on kõige vähem jääke. Südamikud on enamasti valmistatud õhukestest üksteisest eraldatud lehtedest. Südamike kuju võib olenevalt elektromagneti otstarbest olla erinev.

Kui läbi elektromagneti mähise lastakse elektrivool, siis tekib mähise ümber magnetväli, mis magnetiseerib südamiku. Kuna südamik on valmistatud pehmest rauast, magnetiseerub see koheselt. Kui vool seejärel välja lülitada, kaovad kiiresti ka südamiku magnetilised omadused ja see lakkab olemast magnet. Elektromagneti poolused, nagu ka solenoidil, määratakse parema käe reegliga. Kui elektromagneti mähist muuta, muutub vastavalt ka elektromagneti polaarsus.

Elektromagneti toime on sarnane püsimagneti omaga. Siiski nende vahel seal suur vahe. Püsimagnet on alati olemas magnetilised omadused, ja elektromagnet ainult siis, kui selle mähist läbib elektrivool.

Lisaks ei muutu püsimagneti tõmbejõud, kuna püsimagneti magnetvoog ei muutu. Elektromagneti tõmbejõud ei ole konstantne väärtus. Samal elektromagnetil võib olla erinev tugevus atraktsioon. Iga magneti tõmbejõud sõltub selle magnetvoo suurusest.

Tõmbejõud ja seega ka selle magnetvoog sõltub selle elektromagneti mähist läbiva voolu suurusest. Mida praegusem, seda rohkem jõudu elektromagneti külgetõmbejõud ja vastupidi, mida väiksem on vool elektromagneti mähises, seda väiksema jõuga see magnetkehi enda poole tõmbab.

Kuid erineva disaini ja suurusega elektromagnetite puhul ei sõltu nende külgetõmbejõud mitte ainult mähises oleva voolu suurusest. Kui võtame näiteks kaks sama seadme ja mõõtmetega elektromagnetit, kuid ühel on väike mähise keerdude arv ja teine palju suurema arvuga, siis on lihtne näha, et sama voolu korral tekib tõmbejõud. viimane on palju suurem. Tõepoolest, kui rohkem numbrit mähise pöördeid, seda suurem on antud voolu juures selle mähise ümber magnetväli, kuna see koosneb iga pöörde magnetväljadest. See tähendab, et elektromagneti magnetvoog ja seega ka selle külgetõmbejõud on seda suurem, mida suurem on mähise keerdude arv.

On veel üks põhjus, mis mõjutab elektromagneti magnetvoo suurust. See on tema magnetahela kvaliteet. Magnetahel on tee, mida mööda magnetvoog sulgub. Magnetahelal on teatud magnetiline takistus. Magnettakistus sõltub selle keskkonna magnetilisest läbilaskvusest, mida magnetvoog läbib. Mida suurem on selle kandja magnetiline läbilaskvus, seda väiksem on selle magnettakistus.

Alates m ferromagnetkehade (raud, teras) magnetiline läbilaskvus on kordades suurem õhu magnetilisest läbilaskvusest, seetõttu on kasulikum teha elektromagneteid nii, et nende magnetahel ei sisaldaks õhulõike. Nimetatakse elektromagneti mähise voolu ja pöörete arvu korrutist magnetomotoorjõud. Magnetomotoorjõudu mõõdetakse ampripöörete arvuga.

Näiteks 1200 pöördega elektromagneti mähis kannab voolu 50 mA. Magnetiline liikumapanev jõud selline elektromagnet võrdub 0,05 x 1200 = 60 ampri pööret.

Magnetomotoorjõu toime on tegevusega sarnane elektromotoorjõud elektriahelas. Nii nagu EMF põhjustab elektrivoolu, tekitab magnetomotoorjõud elektromagnetis magnetvoo. Nii nagu elektriahelas, suureneb EMF-i suurenemisega vool, nii ka magnetahelas suureneb magnetvoog magnetmotoorjõu suurenemisega.

Tegevus magnetiline takistus tegevusega sarnane elektritakistus ketid. Kuna vool väheneb elektriahela takistuse suurenemisega, nii ka magnetahelas magnettakistuse suurenemine põhjustab magnetvoo vähenemist.

Elektromagneti magnetvoo sõltuvust magnetomotoorjõust ja selle magnettakistusest saab väljendada Ohmi seaduse valemiga sarnase valemiga: magnetomotoorjõud \u003d (magnetvoog / magnettakistus)

Magnetvoog võrdub magnetomotoorjõuga, mis on jagatud magnettakistusega.

Mähise keerdude arv ja iga elektromagneti magnettakistus on konstantne väärtus. Seetõttu muutub antud elektromagneti magnetvoog ainult mähist läbiva voolu muutumisel. Kuna elektromagneti tõmbejõu määrab tema magnetvoog, on elektromagneti tõmbejõu suurendamiseks (või vähendamiseks) vaja vastavalt suurendada (või vähendada) voolutugevust selle mähises.

polariseeritud elektromagnet

Polariseeritud elektromagnet on püsimagneti ja elektromagneti kombinatsioon. See on korraldatud nii. Püsimagneti pooluste külge kinnitatakse nn pehmest rauast pooluste pikendused. Iga pooluse pikendus toimib elektromagneti südamikuna, sellele on paigaldatud mähisega mähis. Mõlemad mähised on ühendatud järjestikku.

Kuna pooluste pikendused on otse püsimagneti pooluste külge kinnitatud, on neil magnetilised omadused isegi voolu puudumisel mähistes; samal ajal on nende tõmbejõud muutumatu ja selle määrab püsimagneti magnetvoog.

Polariseeritud elektromagneti toime seisneb selles, et kui vool läbib selle mähiseid, suureneb või väheneb selle pooluste tõmbejõud sõltuvalt mähistes oleva voolu suurusest ja suunast. Sellel polariseeritud elektromagneti omadusel on muu elektriseadmed.

Magnetvälja toime voolu juhtivale juhile

Kui juht asetada magnetvälja nii, et see asetseb jõujoontega risti ja läbi selle juhi lastakse elektrivool, hakkab juht liikuma ja lükatakse magnetväljast välja.

Magnetvälja ja elektrivoolu vastasmõju tulemusena hakkab juht liikuma, s.o. Elektrienergia muutub mehaaniliseks.

Jõud, millega juht magnetväljast välja tõugatakse, sõltub magneti magnetvoo suurusest, voolu tugevusest juhis ja selle juhiosa pikkusest, mida jõujooned läbivad. Selle jõu suund ehk juhi liikumissuund sõltub juhis oleva voolu suunast ja selle määrab vasaku käe reegel.

Kui hoiate vasaku käe peopesast nii, et see hõlmaks välja magnetvälja jõujooni ja väljasirutatud neli sõrme on suunatud juhis oleva voolu suunas, näitab painutatud pöial juhi liikumissuunda. Selle reegli rakendamisel peame meeles pidama, et väljajooned väljuvad magneti põhjapoolusest.

Saate näidata, kuidas kasutada Ampère'i seadust, määrates juhtme lähedal asuva magnetvälja. Esitame küsimuse: milline on väli väljaspool pikka sirget silindrilise ristlõikega traati? Teeme ühe oletuse, võib-olla mitte nii ilmselge, kuid siiski õige: välja B jooned liiguvad juhtme ümber ringi. Kui teeme selle eelduse, siis Ampère'i seadus [võrrand (13.16)] ütleb meile, milline on välja suurus. Ülesande sümmeetria tõttu on väljal B kõigis juhtmega kontsentrilise ringi punktides sama väärtus (joon. 13.7). Siis saab lihtsalt võtta B·ds joonintegraali. See on lihtsalt B korda ümbermõõt. Kui ringi raadius on r, siis

Kogu silmust läbiv vool on lihtsalt vool / juhtmes, nii et

Magnetvälja tugevus väheneb pöördvõrdeliselt r, kaugus traadi teljest. Soovi korral saab võrrandi (13.17) kirjutada vektorkujul. Tuletame meelde, et B on suunatud nii I kui ka r-iga risti, on meil

Oleme teguri 1/4πε 0 välja toonud 2-ga, kuna see esineb sageli. Tasub meeles pidada, et see on täpselt 10 - 7 (SI-ühikutes), kuna kasutatakse võrrandit nagu (13.17) määratlused vooluühikud, amper. 1 kaugusel m vool 1 a loob magnetvälja, mis on võrdne 2 10–7 weber/m 2 .

Kuna vool tekitab magnetvälja, mõjub see teatud jõuga kõrvalolevale juhtmele, mida vool samuti läbib. Peatükis 1 kirjeldasime lihtsat katset, mis näitab jõudu kahe voolu kandva juhtme vahel. Kui juhtmed on paralleelsed, siis igaüks neist on risti teise juhtme väljaga B; siis juhtmed tõrjuvad või tõmbavad üksteist. Kui voolud liiguvad ühes suunas, tõmbuvad juhtmed ligi, kui voolud voolavad vastassuunas, siis nad tõrjuvad.

Võtame teise näite, mida saab analüüsida ka Ampère'i seaduse abil, kui lisada veidi teavet välja olemuse kohta. Olgu seal tihedaks spiraaliks keritud pikk traat, mille lõige on näidatud joonisel fig. 13.8. Seda spiraali nimetatakse solenoid. Jälgime eksperimentaalselt, et kui solenoidi pikkus on selle läbimõõduga võrreldes väga suur, on väli sellest väljaspool väga väike võrreldes sees oleva väljaga. Kasutades ainult seda fakti ja Ampère'i seadust, saab leida sees oleva välja suuruse.

Alates põllust jäänused sees (ja sellel ei ole lahknemist), peaksid selle jooned kulgema paralleelselt teljega, nagu on näidatud joonisel fig. 13.8. Kui jah, siis saame joonisel ristkülikukujulise "kõvera" Γ jaoks kasutada Ampère'i seadust. See kõver läbib vahemaa L solenoidi sees, kus väli on näiteks B o, läheb siis väljaga täisnurga all ja naaseb mööda välispiirkond, kus põld võib hooletusse jätta. B sirge integraal piki seda kõverat on täpselt 0 l juures, ja see peaks võrduma 1/ε 0 s 2-kordse koguvooluga G-s, st N.I.(kus N on solenoidi keerdude arv piki pikkust L). Meil on

Või sisenedes n- pöörete arv pikkuse ühiku kohta solenoid (nii n= N/L), saame

Mis juhtub B-joontega, kui need jõuavad solenoidi lõpuni? Ilmselt lähevad need kuidagi lahku ja naasevad teisest otsast solenoidi juurde (joon. 13.9). Täpselt sama välja on täheldatud ka väljaspool magnetkeppi. hästi ja mis on magnet? Meie võrrandid ütlevad, et väli B tekib voolude olemasolust. Ja me teame, et ka tavalised raudvardad (mitte akud ega generaatorid) tekitavad magnetvälju. Võib eeldada, et (13.12) või (16.13) paremal küljel on teised terminid, mis tähistavad "magnetiseeritud raua tihedust" või mõnda sarnast suurust. Sellist liiget aga pole. Meie teooria ütleb, et raua magnetilised mõjud tulenevad mõningatest sisevooludest, mida on juba mõiste j arvesse võtnud.

Aine on sügavast vaatepunktist vaadatuna väga keeruline; oleme seda juba näinud, kui püüdsime dielektrikuid mõista. Et meie ettekannet mitte katkestada, lükkame sisemehhanismi üksikasjaliku arutelu edasi magnetilised materjalid raua tüüp. Esialgu tuleb leppida sellega, et igasugune magnetism tekib voolude tõttu ja püsimagnetis on pidevad sisevoolud. Raua puhul tekitavad need voolud ümber oma telje pöörlevad elektronid. Igal elektronil on spin, mis vastab väikesele ringvoolule. Üks elektron muidugi suurt magnetvälja ei anna, aga tavaline ainetükk sisaldab miljardeid ja miljardeid elektrone. Tavaliselt pöörlevad need mis tahes viisil, nii et kogu efekt kaob. Üllataval kombel mõnes aines, nagu raud, enamik elektronid pöörlevad ümber ühes suunas suunatud telgede - rauas osaleb selles ühisliikumises igast aatomist kaks elektroni. Magnetil on suur hulk elektrone, mis pöörlevad samas suunas ja nagu näeme, on nende koosmõju samaväärne magneti pinnal ringleva vooluga. (See on väga sarnane sellele, mida leidsime dielektrikutes – ühtlaselt polariseeritud dielektrik on samaväärne laengute jaotumisega selle pinnal.) Seega pole juhus, et magnetkepp on samaväärne solenoidiga.

kus r on kaugus juhi teljest punktini.

Ampere'i oletuse kohaselt on igas kehas mikroskoopilised voolud (mikrovoolud), mis on tingitud elektronide liikumisest aatomites. Nad loovad oma magnetvälja ja navigeerivad makrovoolude magnetväljades. Makrovool on elektrivoolu või potentsiaalide erinevuse mõjul juhis olev vool. Magnetilise induktsiooni vektor iseloomustab tekkivat magnetvälja, mida tekitavad kõik makro- ja mikrovoolud. Makrovoolude magnetvälja kirjeldab ka intensiivsusvektor . Homogeense isotroopse keskkonna korral on magnetinduktsiooni vektor intensiivsusvektoriga seotud suhtega

(5)

kus μ 0 - magnetkonstant; μ on keskkonna magnetiline läbilaskvus, mis näitab, mitu korda makrovoolude magnetväli keskkonna mikrovoolude tõttu tugevneb või nõrgeneb. Teisisõnu näitab μ, mitu korda on magnetvälja induktsioonivektor keskkonnas suurem või väiksem kui vaakumis.

Magnetvälja tugevuse ühik on A/m. 1A/m - sellise välja intensiivsus, mille magnetiline induktsioon vaakumis on võrdne
Tl. Maa on tohutu sfääriline magnet. Maa magnetvälja mõju tuvastatakse selle pinnal ja ümbritsevas ruumis.

Maa magnetpoolus on punkt selle pinnal, kus vertikaalselt asetseb vabalt rippuv magnetnõel. Magnetpooluste positsioonid muutuvad pidevalt, mis on tingitud meie planeedi sisemisest struktuurist. Seetõttu ei lange magnetpoolused geograafiliste poolustega kokku. Maa magnetvälja lõunapoolus asub Ameerika põhjarannikul ja põhjapoolus Antarktikas. Maa magnetvälja jõujoonte skeem on näidatud joonisel fig. 5 (punktiirjoon tähistab Maa pöörlemistelge): - magnetvälja induktsiooni horisontaalkomponent; N r , S r - Maa geograafilised poolused; N, S - Maa magnetpoolused.

Maa magnetvälja jõujoonte suund määratakse magnetnõela abil. Kui riputate magnetnõela vabalt üles, seatakse see jõujoone puutuja suunas. Kuna magnetpoolused asuvad Maa sees, ei ole magnetnõel seatud horisontaalselt, vaid horisondi tasapinna suhtes mingi nurga α alla. Seda nurka α nimetatakse magnetiliseks kaldeks. Magnetpoolusele lähenedes nurk α suureneb. Vertikaaltasandit, millel nool asub, nimetatakse magnetmeridiaani tasapinnaks ja nurgaks magnetiliste ja geograafiliste meridiaanide vahel - magnetiline deklinatsioon. Magnetvälja võimsuskarakteristikuks, nagu juba märgitud, on magnetinduktsioon B. Selle väärtus on väike ja varieerub vahemikus 0,42∙10-4 T ekvaatoril kuni 0,7∙10-4 T magnetpooluste juures.

Maa magnetvälja induktsioonivektori võib jagada kaheks komponendiks: horisontaalseks ja vertikaalne
(joonis 5). Vertikaalteljele kinnitatud magnetnõel on seatud Maa horisontaalkomponendi suunas . Magnetiline deklinatsioon , kalle α ja magnetvälja horisontaalkomponent on Maa magnetvälja peamised parameetrid.

Tähendus määratakse magnetomeetrilise meetodiga, mis põhineb pooli magnetvälja vastasmõjul magnetnõelaga. Seade, mida nimetatakse puutujakompassiks, on väike kompass (kraadideks jagatud jäsemega kompass), mis on paigaldatud isoleeritud juhtme mitme pöörde mähisesse 1.

Mähis asub vertikaalsel tasapinnal. See loob täiendava magnetvälja k (seadmel on näidatud mähise läbimõõt ja pöörete arv).

Mähise keskele asetatakse magnetnõel 2. See peab olema väike, et selle poolustele mõjuvat induktsiooni saaks pidada võrdseks ringvoolu keskpunkti induktsiooniga. Pooli kontuuri tasapind on seatud nii, et see langeb kokku noole suunaga ja on risti maavälja horisontaalkomponendiga r. Mõju all r Maa induktsiooniväli ja pooli noole induktsiooniväli on seatud tulemuseks oleva induktsiooni suunas R(joon. 6 a, b).

Jooniselt fig. 6 näitab seda

(6)

Mähise magnetvälja induktsioon keskel -

kus N on pooli keerdude arv; I on seda läbiv vool; R on pooli raadius. (6) ja (7) järeldub, et

(8)

Oluline on mõista, et valem (8) on ligikaudne, s.t. see on õige ainult juhul, kui magnetnõela suurus on palju väiksem kui kontuuri raadius R. Minimaalne mõõtmisviga fikseeritakse osuti läbipaindenurgal ≈45°. Vastavalt sellele valitakse puutujakompassi mähises olev voolutugevus.

Töökäsk

Paigaldage puutujakompassi mähis nii, et selle tasapind langeks kokku magnetnõela suunaga.

Pange vooluahel kokku vastavalt skeemile (joonis 7).

3. Lülitage vool sisse ja mõõtke läbipaindenurgad noole otstes
ja
. Sisestage andmed tabelisse. Seejärel muutke lüliti P abil voolu suund vastupidiseks ilma voolu suurust muutmata ja mõõtke noole mõlemas otsas kõrvalekalde nurki.
ja
uuesti. Sisestage andmed tabelisse. Seega kõrvaldatakse viga nurga määramisel, mis on seotud puutuja kompassi pooli tasapinna ja magnetmeridiaani tasapinna mittekatstumisega. Arvutama

Mõõtmistulemused I ja sisestage tabelisse 1.

Tabel 1

Arvuta, vt. valemi järgi

kus n on mõõtmiste arv.

Leidke valemi abil koguvea usalduspiir

Kus
- Üliõpilaste koefitsient (at = 0,95 ja n = 5
=2,8).

Kirjutage tulemused avaldisena

testi küsimused

Mis on magnetvälja induktsioon? Mis on selle mõõtühik? Kuidas määratakse magnetinduktsiooni vektori suund?

Mida nimetatakse magnetvälja tugevuseks? Milline on selle seos magnetinduktsiooniga?

Sõnastage Biot-Savart-Laplace'i seadus, arvutage selle põhjal magnetvälja induktsioon ringvoolu keskpunktis, alalisvooluvälja ja solenoidi induktsioon.

Kuidas määratakse alalis- ja ringvoolude magnetvälja induktsiooni suund?

Mis on magnetväljade superpositsiooni põhimõte?

Millist välja nimetatakse keerisväljaks?

Sõnastage Ampère'i seadus.

Räägi meile Maa magnetvälja põhiparameetritest.

Kuidas saate määrata Maa magnetvälja joonte suunda?

Miks on soodsam mõõta magnetvälja induktsiooni horisontaalkomponenti osuti kõrvalekalde nurga all 45°?

LAB nr 7

Elektromagnetilised nähtused

Elektromagnetilised nähtused peegeldavad elektrivoolu suhet magnetväljaga. Kõik nende füüsikalised seadused on hästi teada ja me ei püüa neid parandada; meie eesmärk on erinev: selgitada nende nähtuste füüsilist olemust.

Üks on meile juba selge: ei elekter ega magnetism ei saa eksisteerida ilma elektronideta; ja siin tulebki mängu elektromagnetism. Rääkisime ka sellest vooluga mähis tekitab magnetvälja. Jääme edasi uusim nähtus ja vaatame, kuidas see juhtub.

Vaatame mähist otsast ja laseme elektrivoolul läbi selle vastupäeva voolata. Vool on elektronide voog, mis libiseb piki juhi pinda (ainult pinnal - avatud imemisrennid). Elektronide voog tõmbab külgneva eetri endaga kaasa ja see hakkab liikuma ka vastupäeva. Juhiga külgneva eetri kiiruse määrab juhis olevate elektronide kiirus ja see omakorda sõltub eetri rõhu erinevusest (pooli elektripingest) ja voolupiirkonnast. dirigendist. Voolu poolt kaasa kantud eeter mõjutab naaberkihte, samuti liiguvad need ringikujuliselt mähise sees ja väljas. Pöörleva eetri kiirus jaotub järgmiselt: selle suurim väärtus on loomulikult pöörete piirkonnas; keskele nihutades väheneb see vastavalt lineaarsele seadusele, nii et päris keskel on see null; pöördetelt perifeeriasse eemaldumisel ka kiirus väheneb, aga mitte lineaarse, vaid keerulisema seaduse järgi.

Voolu poolt väänatud eetri makropööris hakkab elektrone orienteerima nii, et kõik need pöörlevad seni, kuni pöörlemisteljed on pooli teljega paralleelsed; mähise sees pöörlevad nad vastupäeva ja väljaspool seda - päripäeva; samal ajal kipuvad elektronid koaksiaalselt paiknema, see tähendab, et nad kogunevad magnetnööridesse. Elektronide orienteerumisprotsess võtab veidi aega ja selle lõppedes tekib pooli sees magnetkiir, mille põhjapoolus on meie poole, ja väljaspool pooli, vastupidi, põhjapoolus eemaldatakse meist. Nii oleme tõestanud elektrotehnikas tuntud kruvi- või vutireegli paikapidavust, mis loob seose voolu suuna ja selle tekitatava magnetvälja suuna vahel.

Magnetjõu (tugevuse) igas magnetvälja punktis määrab eetri kiiruse muutus selles punktis, st kiiruse tuletis pooli keerdude kauguse suhtes.: Mida järsem on kiiruse muutus, seda suurem on pinge. Kui korreleerida pooli magnetjõud selle elektriliste ja geomeetriliste parameetritega, siis on sellel otsene sõltuvus voolu suurusest ja pöördsõltuvus pooli läbimõõdust. Mida suurem on vool ja väiksem läbimõõt, seda rohkem võimalusi koguvad elektronid kindla pöörlemissuunaga nööridesse ja seda suurem on pooli magnetjõud. Asjaolu, et magnetvälja tugevust saab meediumi abil tugevdada või nõrgendada, on juba mainitud.

elektrienergia muundamise protsess alalisvool magnetismiks - see ei ole pöörduv: kui mähisesse asetada magnet, siis selles voolu ei teki. Magneti ümber eksisteeriva makropöörise energia on nii väike, et see ei suuda sundida elektrone nende jaoks väikseima takistusega mööda pöördeid liikuma. Tuletagem veel kord meelde, et pöördprotsessis orienteeris eetri makropööris, mis toimis vahendajana, ainult elektrone ja ei midagi enamat, see tähendab, et ta kontrollis ainult magnetvälja ja väljatugevuse määras ühesuunaliste arvude arv. magnetnöörid.