Virtaa johtavan johtimen magneettiset induktiolinjat. Äärettömän pitkän suoran johtimen muodostaman kentän magneettinen induktio virralla on

Riippuuko magneettikentän induktion suuruus ympäristöstä, jossa se muodostuu? Jotta voisimme vastata tähän kysymykseen, tehdään seuraava kokeilu. Määritetään ensin voima (katso kuva 117), jolla magneettikenttä vaikuttaa johtimeen, jonka virta on ilmassa (periaatteessa tämä on tehtävä tyhjiössä), ja sitten magneettikentän voima tähän johtimeen esimerkiksi vedessä, joka sisältää rautaoksidijauhetta ( kuvassa astia on esitetty katkoviivalla). Rautaoksidiväliaineessa magneettikenttä vaikuttaa virtaa kuljettavaan johtimeen suurempaa voimaa. Tässä tapauksessa magneettikentän induktion suuruus on suurempi. On aineita, esimerkiksi hopeaa, kuparia, joissa sitä on vähemmän kuin tyhjiössä. Magneettikentän induktion suuruus riippuu ympäristöstä, jossa se muodostuu.

Suuruus, joka osoittaa, kuinka monta kertaa magneettikentän induktio tietyssä väliaineessa on suurempi tai pienempi kuin magneettikentän induktio tyhjiössä, on ns. väliaineen magneettinen permeabiliteetti. Jos väliaineen magneettikentän induktio on B ja tyhjiö on B 0, niin väliaineen magneettinen permeabiliteetti

Väliaineen magneettinen permeabiliteetti μ on dimensioton suure. varten erilaisia aineita se on erilainen. Joten miedolle teräkselle - 2180, ilma - 1,00000036, kupari - 0,999991 . Tämän selittää erilaisia aineita ovat epätasaisesti magnetoituneita magneettikentässä.

Selvitetään, mistä magneettikentän induktio riippuu suora johdin virran kanssa. Lähellä suora osio Ja langan kierrokseen (kuva 122) laitamme magneettikentän induktion indikaattorin C. Laitetaan virta päälle. A-osan magneettikenttä vaikuttaa osoitinkehykseen ja pyörittää sitä, jolloin neula poikkeaa nolla-asennosta. Muuttamalla rungon virranvoimakkuutta reostaatilla huomaamme, että kuinka monta kertaa johtimessa oleva virta kasvaa, osoitinneulan taipuma kasvaa saman verran: V~I.

Pitämällä virran vakiona, lisäämme johtimen ja rungon välistä etäisyyttä. Indikaattorilukeman mukaan huomaamme, että magneettikentän induktio on kääntäen verrannollinen etäisyyteen johtimesta tutkittavaan kenttäpisteeseen: V~ I/R. Magneettikentän induktion suuruus riippuu väliaineen magneettisista ominaisuuksista - sen magneettisesta permeabiliteetista. Mitä suurempi magneettinen permeabiliteetti, sitä suurempi magneettikentän induktio: B~μ.

Teoreettisesti ja tarkemmilla kokeilla ranskalaiset fyysikot Biot, Savard ja Laplace totesivat, että poikkileikkaukseltaan pienen johdon magneettikentän induktion suuruus homogeenisessa väliaineessa, jonka magneettinen permeabiliteetti on μ etäisyydellä R siitä on yhtä suuri kuin

Tässä μ 0 on magneettinen vakio. Etsitään hänet numeerinen arvo ja nimi SI-järjestelmässä. Koska magneettikentän induktio on samalla yhtä suuri kuin sitten, kun nämä kaksi kaavaa rinnastetaan, saamme

Tästä johtuu magneettivakio Ampeerin määritelmästä tiedämme, että segmentit rinnakkaiset johtimet pituus l = 1 m ollessaan etänä R = 1 m toisistaan, olla vuorovaikutuksessa voimalla F = 2*10-7 n, kun virta kulkee niiden läpi I = 1 a. Tämän perusteella laskemme μ 0 (ottaen μ = 1):

Nyt selvitetään, mikä määrittää magneettikentän induktion käämin sisällä virralla. Kootaan sähköpiiri (kuva 123). Asettamalla magneettikentän induktion ilmaisinkehyksen kelan sisään suljemme piirin. Lisäämällä virran voimakkuutta 2, 3 ja 4 kertaa huomaamme, että magneettikentän induktio kelan sisällä kasvaa vastaavasti saman verran: V~I.

Kun olet määrittänyt magneettikentän induktion kelan sisällä, lisäämme kierrosten lukumäärää pituusyksikköä kohti. Tätä varten kytke kaksi identtistä kelaa sarjaan ja aseta toinen niistä toiseen. Reostaatin avulla asetamme virranvoimakkuuden edelliselle tasolle. Samalla kelan pituudella l sen kierrosten määrä n on kaksinkertaistunut ja tämän seurauksena kierrosten määrä kelan pituusyksikköä kohti on kaksinkertaistunut.

Sähkövirran magneettikenttä

Magneettikenttää ei synny vain luonnolliset tai keinotekoiset, vaan myös johdin, jos sähkövirta kulkee sen läpi. Siksi magneettisten ja sähköisten ilmiöiden välillä on yhteys.

Ei ole vaikeaa varmistaa, että magneettikenttä muodostuu johtimen ympärille, jonka läpi virta kulkee. Aseta suora johdin liikkuvan magneettineulan yläpuolelle sen suuntaisesti ja ohjaa sähkövirta sen läpi. Nuoli asettuu kohtisuoraan johtimeen nähden.

Mitkä voimat voivat saada magneettisen neulan kääntymään? Ilmeisesti johtimen ympärillä syntyvän magneettikentän voimakkuus. Katkaise virta ja magneettineula palaa normaaliasentoonsa. Tämä viittaa siihen, että kun virta katkaistiin, myös johtimen magneettikenttä katosi.

Näin ollen johtimen läpi kulkeva sähkövirta luo magneettikentän. Käytä sääntöä saadaksesi selville, mihin suuntaan magneettinen neula poikkeaa oikea käsi. Jos asetat oikean kätesi johtimen päälle kämmen alaspäin niin, että virran suunta on sama kuin sormien suunta, niin taivutettu peukalo näyttää johtimen alle sijoitetun magneettineulan pohjoisnavan taipuman suunnan. Tämän säännön avulla ja tietäen nuolen napaisuuden voit myös määrittää virran suunnan johtimessa.

Magneettikenttä suora johdinon samankeskisten ympyröiden muotoinen. Jos asetat oikean kätesi johtimen päälle kämmen alaspäin niin, että virta näyttää tulevan sormista, taivutettu peukalo osoittaa Pohjoisnapa magneettinen neula.Tällaista kenttää kutsutaan pyöreäksi magneettikenttä.

Suunta sähkölinjat pyöreä kenttä riippuu johtimesta ja määräytyy ns gimlet-sääntö. Jos ruuvaat henkisesti kiinnikkeen virran suuntaan, sen kahvan pyörimissuunta on sama kuin magneettikenttälinjojen suunta. Tätä sääntöä soveltamalla saat selville johtimessa olevan virran suunnan, jos tiedät tämän virran luomien kenttälinjojen suunnan.

Palaten magneettineulalla tehtyyn kokeeseen voimme olla vakuuttuneita siitä, että se sijaitsee aina pohjoispäänsä magneettikenttälinjojen suunnassa.

Niin, Magneettikenttä syntyy suoran johtimen ympärille, jonka läpi sähkövirta kulkee. Sillä on samankeskisten ympyröiden muoto ja sitä kutsutaan pyöreäksi magneettikentäksi.

suolakurkkua d. Solenoidin magneettikenttä

Magneettikenttä syntyy minkä tahansa johtimen ympärille sen muodosta riippumatta edellyttäen, että sähkövirta kulkee johtimen läpi.

Sähkötekniikassa käsittelemme niitä, jotka koostuvat useista kierroksista. Tutkiaksemme meitä kiinnostavan kelan magneettikenttää pohditaan ensin, minkä muotoinen yhden kierroksen magneettikenttä on.

Kuvitellaanpa paksua lankakelaa, joka lävistää pahvilevyn ja liitetään virtalähteeseen. Kun sähkövirta kulkee kelan läpi, muodostuu pyöreä magneettikenttä kelan jokaisen yksittäisen osan ympärille. "Gimlet"-säännön mukaan ei ole vaikeaa määrittää, että kelan sisällä olevat magneettiset voimalinjat ovat samansuuntaisia (meitä kohti tai meistä poispäin, riippuen kelan virran suunnasta) ja ne poistuvat kelan toiselta puolelta ja mene toiselle puolelle. Sarja tällaisia spiraalin muotoisia käänteitä on ns solenoidi (kela).

Solenoidin ympärille, kun virta kulkee sen läpi, muodostuu magneettikenttä. Se saadaan kunkin kierroksen magneettikenttien lisäämisen tuloksena ja se on muotoiltu suoraviivaisen magneetin magneettikentän kaltaiseksi. Solenoidin magneettikentän voimalinjat, kuten suoraviivaisessa magneetissa, jättävät solenoidin toisesta päästä ja palaavat toiseen. Solenoidin sisällä niillä on sama suunta. Näin ollen solenoidin päillä on napaisuus. Loppu, josta voimalinjat syntyvät, on Pohjoisnapa solenoidi, ja pää, johon voimalinjat tulevat, on sen etelänapa.

Solenoidin navat voidaan määrittää oikean käden sääntö, mutta tätä varten sinun on tiedettävä virran suunta sen käännöksissä. Jos asetat oikean kätesi solenoidille kämmen alaspäin niin, että virta näyttää tulevan sormista, taivutettu peukalo osoittaa solenoidin pohjoisnapaan. Tästä säännöstä seuraa, että solenoidin napaisuus riippuu siinä olevan virran suunnasta. Tätä ei ole vaikea varmistaa käytännössä viemällä magneettinen neula solenoidin napoihin ja muuttamalla sitten virran suuntaa solenoidissa. Nuoli kääntyy välittömästi 180°, eli se osoittaa, että solenoidin navat ovat muuttuneet.

Solenoidilla on ominaisuus vetää sisään kevyitä rautaesineitä. Jos solenoidin sisään asetetaan terästanko, tanko magnetoituu jonkin ajan kuluttua solenoidin magneettikentän vaikutuksesta. Tätä menetelmää käytetään valmistuksessa.

Sähkömagneetit

Se on kela (solenoidi), jonka sisällä on rautasydän. Sähkömagneettien muodot ja koot vaihtelevat, mutta niiden kaikkien yleinen rakenne on sama.

Sähkömagneettikela on runko, joka on useimmiten valmistettu puristetusta puusta tai kuidusta ja siinä on erilaisia muotoja riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta. Runko on kääritty useisiin kerroksiin eristettyä kuparilankaa - sähkömagneetin käämitystä. Siinä on eri määrä kierroksia ja se on valmistettu erihalkaisijaisista langoista riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Käämieristyksen suojaamiseksi mekaanisilta vaurioilta käämi peitetään yhdellä tai useammalla kerroksella paperia tai muuta eristävää materiaalia. Käämityksen alku ja loppu tuodaan ulos ja liitetään runkoon asennettuihin lähtöliittimiin tai taipuisiin johtimiin, joiden päissä on korvakkeet.

Sähkömagneettikela on asennettu ytimeen, joka on valmistettu pehmeästä, hehkutetusta raudasta tai raudan seoksista, joissa on piitä, nikkeliä jne. Tällaisessa raudassa on pienin jäännös. Sydämet valmistetaan useimmiten ohuista komposiittilevyistä, jotka on eristetty toisistaan. Sydämien muodot voivat olla erilaisia riippuen sähkömagneetin tarkoituksesta.

Jos sähkövirta johdetaan sähkömagneetin käämin läpi, käämin ympärille muodostuu magneettikenttä, joka magnetoi sydämen. Koska ydin on valmistettu pehmeästä raudasta, se magnetoituu välittömästi. Jos katkaiset virran sitten, myös ytimen magneettiset ominaisuudet katoavat nopeasti ja se lakkaa olemasta magneetti. Sähkömagneetin, kuten solenoidin, navat määräytyvät oikean käden säännön mukaan. Jos muutat sähkömagneetin käämiä, sähkömagneetin napaisuus muuttuu tämän mukaisesti.

Sähkömagneetin toiminta on samanlainen kuin kestomagneetin toiminta. Niiden välillä on kuitenkin iso ero. Kestomagneetti on aina ollut magneettiset ominaisuudet, ja sähkömagneetti vain, kun sähkövirta kulkee sen käämin läpi.

Lisäksi kestomagneetin vetovoima on vakio, koska kestomagneetin magneettivuo on vakio. Sähkömagneetin vetovoima ei ole vakioarvo. Sama sähkömagneetti voi olla eri vahvuus vetovoima. Minkä tahansa magneetin vetovoima riippuu sen magneettivuon suuruudesta.

Vetovoima ja siten sen magneettivuo riippuu tämän sähkömagneetin käämin läpi kulkevan virran suuruudesta. Mitä suurempi virta on, sitä suurempi on sähkömagneetin vetovoima, ja päinvastoin, mitä vähemmän virtaa sähkömagneetin käämissä on, sitä vähemmän voimaa se vetää magneettisia kappaleita puoleensa.

Mutta rakenteeltaan ja kooltaan erilaisten sähkömagneettien vetovoima ei riipu vain käämin virran suuruudesta. Jos otamme esimerkiksi kaksi sähkömagneettia, jotka ovat rakenteeltaan ja kokoltaan samanlaisia, mutta toisessa on pieni määrä käämikierroksia ja toisessa paljon suurempi määrä, niin on helppo nähdä, että samalla virralla vetovoima jälkimmäinen on paljon suurempi. Todellakin, kuin suurempi määrä käämin kierrosta, sitä suurempi on tämän käämin ympärille muodostuva magneettikenttä tietyllä virralla, koska se koostuu kunkin kierroksen magneettikentistä. Tämä tarkoittaa, että sähkömagneetin magneettivuo ja siten sen vetovoima on sitä suurempi, mitä suurempi on käämin kierrosluku.

On toinen syy, joka vaikuttaa sähkömagneetin magneettivuon suuruuteen. Tämä on sen magneettipiirin laatu. Magneettipiiri on polku, jota pitkin magneettivuo on suljettu. Magneettipiirillä on tietty magneettinen vastus. Magneettinen reluktanssi riippuu väliaineen magneettisesta permeabiliteetista, jonka läpi magneettivuo kulkee. Mitä suurempi tämän väliaineen magneettinen permeabiliteetti, sitä pienempi on sen magneettinen resistanssi.

Koska m Ferromagneettisten kappaleiden (rauta, teräs) magneettinen permeabiliteetti on monta kertaa suurempi kuin ilman magneettinen läpäisevyys, joten sähkömagneetteja on kannattavampaa valmistaa siten, että niiden magneettipiirissä ei ole ilmaosia. Kutsutaan sähkömagneettikäämin virranvoimakkuuden ja kierrosten lukumäärän tuloa magnetomotorinen voima. Magnetomotorinen voima mitataan ampeerikierrosten lukumääränä.

Esimerkiksi 50 mA:n virta kulkee sähkömagneetin käämin läpi 1200 kierroksella. M magnetomotorinen voima sellainen sähkömagneetti vastaa 0,05 x 1200 = 60 ampeerikierrosta.

Magnetomotorisen voiman toiminta on samanlainen kuin toiminta sähkömotorinen voima sähköpiirissä. Aivan kuten EMF aiheuttaa sähkövirran, magnetomotorinen voima luo magneettivuon sähkömagneetissa. Aivan kuten sähköpiirissä, kun emf kasvaa, virran arvo kasvaa, niin magneettipiirissä magnetomotorisen voiman kasvaessa magneettivuo kasvaa.

Toiminta magneettinen vastus samanlainen kuin toiminta sähköinen vastus ketjut. Aivan kuten virta pienenee sähköpiirin resistanssin kasvaessa, niin myös magneettipiirin virta pienenee. Magneettisen resistanssin lisääntyminen aiheuttaa magneettivuon vähenemisen.

Sähkömagneetin magneettivuon riippuvuus magnetomotorisesta voimasta ja sen magneettiresistanssista voidaan ilmaista kaavalla, joka on samanlainen kuin Ohmin lain kaava: magnetomotorivoima = (magneettivuo / magneettivastus)

Magneettivuo on yhtä suuri kuin magnetomotorinen voima jaettuna magneettisella reluktanssilla.

Käämityksen kierrosten lukumäärä ja kunkin sähkömagneetin magneettiresistanssi on vakioarvo. Siksi tietyn sähkömagneetin magneettivuo muuttuu vain käämin läpi kulkevan virran muutoksella. Koska sähkömagneetin vetovoima määräytyy sen magneettivuon perusteella, sähkömagneetin vetovoiman lisäämiseksi (tai vähentämiseksi) on tarpeen lisätä (tai vähentää) vastaavasti sen käämityksen virtaa.

Polarisoitu sähkömagneetti

Polarisoitu sähkömagneetti on yhteys kestomagneetin ja sähkömagneetin välillä. Se on suunniteltu tällä tavalla. Kestomagneetin napoihin kiinnitetään ns. pehmeäraudan napojen jatkeet. Jokainen napapidennys toimii sähkömagneetin ytimenä, johon on asennettu käämitys. Molemmat käämit on kytketty toisiinsa sarjaan.

Koska napojen jatkeet on kytketty suoraan kestomagneetin napoihin, niillä on magneettisia ominaisuuksia jopa ilman virtaa käämeissä; Samaan aikaan niiden vetovoima on vakio ja sen määrää kestomagneetin magneettivuo.

Polarisoidun sähkömagneetin toiminta on, että kun virta kulkee sen käämien läpi, sen napojen vetovoima kasvaa tai pienenee riippuen käämien virran suuruudesta ja suunnasta. Muiden sähkömagneettien toiminta perustuu tähän polarisoidun sähkömagneetin ominaisuuteen. sähkölaitteet.

Magneettikentän vaikutus virtaa kuljettavaan johtimeen

Jos asetat johtimen magneettikenttään siten, että se on kohtisuorassa kenttälinjoihin nähden, ja johdat sähkövirran tämän johtimen läpi, johdin alkaa liikkua ja työnnetään ulos magneettikentästä.

Magneettikentän vuorovaikutuksen seurauksena sähkövirran kanssa johdin alkaa liikkua, ts. Sähköenergia muuttuu mekaaniseksi.

Voima, jolla johdin työnnetään ulos magneettikentästä, riippuu magneetin magneettivuon suuruudesta, johtimessa olevan virran voimakkuudesta ja sen johtimen osan pituudesta, jonka kenttäviivat leikkaavat. Tämän voiman vaikutussuunta eli johtimen liikesuunta riippuu johtimessa olevan virran suunnasta ja sen määrää vasemman käden sääntö.

Jos pidät vasemman kätesi kämmenestä niin, että magneettikenttäviivat tulevat siihen ja ojennetut neljä sormea ovat johtimessa olevan virran suuntaan, taivutettu peukalo osoittaa johtimen liikesuunnan. Tätä sääntöä sovellettaessa on muistettava, että kenttäviivat tulevat ulos magneetin pohjoisnapasta.

Voit näyttää kuinka käyttää Amperen lakia määrittämällä magneettikentän lähellä johdinta. Esitetään kysymys: mikä on kenttä lieriömäisen poikkileikkaukseltaan pitkän suoran langan ulkopuolella? Teemme yhden oletuksen, joka ei ehkä ole niin ilmeinen, mutta silti oikea: kenttäviivat B kiertävät langan ympyrää. Jos teemme tämän oletuksen, niin Amperen laki [yhtälö (13.16)] kertoo meille, mikä on kentän suuruus. Tehtävän symmetrian vuoksi kentällä B on sama arvo kaikissa langan kanssa samankeskisen ympyrän pisteissä (kuva 13.7). Sitten voimme helposti ottaa B·ds:n riviintegraalin. Se on yksinkertaisesti yhtä suuri kuin B:n arvo kerrottuna ympärysmitalla. Jos ympyrän säde on r, Että

Kokonaisvirta silmukan läpi on yksinkertaisesti virta / johdossa, joten

Magneettikentän voimakkuus pienenee käänteisesti suhteessa r, etäisyys langan akselista. Haluttaessa yhtälö (13.17) voidaan kirjoittaa vektorimuodossa. Kun muistamme, että B on suunnattu kohtisuoraan sekä I:tä että r:tä vastaan, meillä on

Korostimme tekijän 1/4πε 0 2:lla, koska se esiintyy usein. On syytä muistaa, että se on täsmälleen 10 - 7 (SI-yksiköissä), koska käytetään muotoa (13.17) olevaa yhtälöä määritelmät virran yksikkö, ampeeri. 1:n etäisyydellä m 1 A:n virta luo magneettikentän, joka on yhtä suuri kuin 2,10 - 7 weber/m2.

Koska virta muodostaa magneettikentän, se vaikuttaa jonkin verran voimalla viereiseen johtoon, jonka läpi virta myös kulkee. Ks. Kuvaimme 1 yksinkertaisen kokeen, joka näyttää voimat kahden johdon välillä, joiden läpi virta kulkee. Jos johdot ovat yhdensuuntaisia, jokainen niistä on kohtisuorassa toisen johtimen B-kenttään nähden; silloin johdot hylkivät tai houkuttelevat toisiaan. Kun virrat kulkevat yhteen suuntaan, johdot vetävät puoleensa, kun virrat kulkevat vastakkaisiin suuntiin, ne hylkivät.

Otetaan toinen esimerkki, jota voidaan myös analysoida Amperen lailla, jos siihen lisätään myös tietoa kentän luonteesta. Olkoon kierretty pitkä lanka tiiviiksi spiraaliksi, jonka poikkileikkaus on esitetty kuvassa. 13.8. Tätä spiraalia kutsutaan solenoidi. Havaitsemme kokeellisesti, että kun solenoidin pituus on erittäin suuri halkaisijaan verrattuna, sen ulkopuolella oleva kenttä on hyvin pieni verrattuna sisällä olevaan kenttään. Käyttämällä vain tätä tosiasiaa ja Amperen lakia, voidaan löytää sisällä olevan kentän suuruus.

Kentältä lähtien jäännökset sisällä (ja siinä on nolla poikkeama), sen viivojen tulisi kulkea yhdensuuntaisesti akselin kanssa, kuten kuvassa 10 esitetään. 13.8. Jos näin on, voimme käyttää Amperen lakia suorakaiteen muotoiselle "käyrälle" G kuvassa. Tämä käyrä kulkee etäisyyden L solenoidin sisällä, jossa kenttä on esimerkiksi yhtä suuri kuin B o, menee sitten suorassa kulmassa kentälle ja palaa takaisin ulkoalue, jossa kenttä voidaan jättää huomiotta. B:n viivaintegraali tätä käyrää pitkin on täsmälleen 0 litralla, ja tämän tulee olla 1/ε 0 c 2 kertaa G:n sisällä oleva kokonaisvirta, ts. NI(jossa N on solenoidin kierrosten lukumäärä pituudella L). Meillä on

Tai sisäänpääsyllä n- vuorojen määrä pituusyksikköä kohti solenoidi (niin n= N/L), saamme

Mitä tapahtuu B-linjoille, kun ne saavuttavat solenoidin pään? Ilmeisesti ne jotenkin eroavat ja palaavat solenoidille toisesta päästä (kuva 13.9). Täsmälleen sama kenttä havaitaan magneettisauvan ulkopuolella. hyvin ja mikä se on magneetti? Yhtälömme sanovat, että kenttä B syntyy virtojen läsnäolosta. Ja tiedämme, että tavalliset rautatangot (ei akut tai generaattorit) luovat myös magneettikenttiä. Saatat odottaa, että (13.12) tai (16.13) oikealla puolella olisi muita termejä, jotka edustavat "magnetoidun raudan tiheyttä" tai jotain vastaavaa määrää. Mutta sellaista jäsentä ei ole. Teoriamme sanoo, että raudan magneettiset vaikutukset syntyvät joistakin sisäisistä virroista, jotka on jo otettu huomioon j-termillä.

Aine on hyvin monimutkainen, kun sitä tarkastellaan syvältä; Olimme jo vakuuttuneita tästä, kun yritimme ymmärtää eristettä. Jotta esitys ei keskeydy, siirrämme yksityiskohtaista keskustelua sisäisestä mekanismista magneettisia materiaaleja raudan tyyppi. Toistaiseksi meidän on hyväksyttävä, että mikä tahansa magnetismi syntyy virroista ja että kestomagneetissa on vakioita sisäisiä virtoja. Raudan tapauksessa nämä virrat muodostuvat elektroneista, jotka pyörivät omien akseliensa ympäri. Jokaisella elektronilla on spin, joka vastaa pientä kiertävää virtaa. Yksi elektroni ei tietenkään tuota suurta magneettikenttää, mutta tavallinen ainepala sisältää miljardeja ja miljardeja elektroneja. Yleensä ne pyörivät millä tahansa tavalla niin, että kokonaisvaikutus katoaa. Yllättävää on, että joissakin aineissa, kuten raudassa, suurin osa elektronit pyörivät yhteen suuntaan suunnattujen akseleiden ympäri - raudassa kaksi elektronia kustakin atomista osallistuu tähän yhteiseen liikkeeseen. Magneetti sisältää suuren määrän elektroneja, jotka pyörivät samaan suuntaan, ja kuten näemme, niiden yhteisvaikutus vastaa magneetin pinnan poikki kiertävää virtaa. (Tämä on hyvin samanlainen kuin mitä löydämme dielektrikistä – tasaisesti polaroitu dielektri vastaa varausten jakautumista sen pinnalla.) Siksi ei ole sattumaa, että tankomagneetti vastaa solenoidia.

missä r on etäisyys johtimen akselista pisteeseen.

Amperen oletuksen mukaan missä tahansa kappaleessa on mikroskooppisia virtoja (mikrovirtoja), jotka johtuvat elektronien liikkeestä atomeissa. Ne luovat oman magneettikentän ja orientoituvat makrovirtojen magneettikentissä. Makrovirta on virta johtimessa emf:n tai potentiaalieron vaikutuksesta. Magneettinen induktiovektori luonnehtii kaikkien makro- ja mikrovirtojen synnyttämää magneettikenttää. Makrovirtojen magneettikenttä kuvataan myös intensiteettivektorilla . Homogeenisen isotrooppisen väliaineen tapauksessa magneettinen induktiovektori on suhteessa intensiteettivektoriin suhteella

(5)

missä μ 0 - magneettinen vakio; μ on väliaineen magneettinen permeabiliteetti, joka osoittaa kuinka monta kertaa makrovirtojen magneettikenttä vahvistuu tai heikkenee väliaineen mikrovirtojen vuoksi. Toisin sanoen μ osoittaa kuinka monta kertaa magneettikentän induktiovektori väliaineessa on suurempi tai pienempi kuin tyhjiössä.

Magneettikentän voimakkuuden yksikkö on A/m. 1A/m - sellaisen kentän voimakkuus, jonka magneettinen induktio tyhjiössä on yhtä suuri kuin
Tl. Maa on valtava pallomainen magneetti. Maan magneettikentän vaikutus havaitaan sen pinnalla ja ympäröivässä avaruudessa.

Maan magneettinapa on sen pinnan piste, jossa vapaasti riippuva magneettineula sijaitsee pystysuorassa. Magneettinapojen sijainnit muuttuvat jatkuvasti, mikä johtuu planeettamme sisäisestä rakenteesta. Siksi magneettiset navat eivät täsmää maantieteellisten napojen kanssa. Maan magneettikentän etelänapa sijaitsee Amerikan pohjoisrannikolla ja pohjoisnapa Etelämantereella. Kaavio maan magneettikentistä on esitetty kuvassa. 5 (katkoviiva osoittaa Maan pyörimisakselin): - vaakasuora komponentti magneettikentän induktio; Nr, Sr - Maan maantieteelliset navat; N, S - Maan magneettiset navat.

Maan magneettikenttälinjojen suunta määritetään magneettineulalla. Jos ripustat magneettineulan vapaasti, se asennetaan voimalinjan tangentin suuntaan. Koska magneettiset navat sijaitsevat maan sisällä, magneettineulaa ei asenneta vaakasuoraan, vaan tiettyyn kulmaan α vaakatasoon nähden. Tätä kulmaa α kutsutaan magneettiseksi inklinaatioksi. Kun lähestyt magneettinapaa, kulma α kasvaa. Pystytasoa, jossa nuoli sijaitsee, kutsutaan magneettisen meridiaanin tasoksi ja kulmaksi magneettisten ja maantieteellisten meridiaanien välillä - magneettinen deklinaatio. Magneettikentän voimakkuusominaisuus, kuten jo todettiin, on magneettinen induktio B. Sen arvo on pieni ja vaihtelee 0,42∙10 -4 Teslasta päiväntasaajalla 0,7∙10 -4 Teslaan magneettinapoissa.

Maan magneettikentän induktiovektori voidaan jakaa kahteen osaan: vaakasuuntaiseen ja pystysuoraan
(Kuva 5). Pystyakselille kiinnitetty magneettineula asennetaan Maan vaakasuuntaisen komponentin suuntaan . Magneettinen deklinaatio , kaltevuus α ja magneettikentän vaakakomponentti ovat maan magneettikentän tärkeimmät parametrit.

Merkitys määritetään magnetometrisellä menetelmällä, joka perustuu kelan magneettikentän vuorovaikutukseen magneettineulan kanssa. Laite, jota kutsutaan tangenttikompassiksi, on pieni kompassi (asteisiin jaettu kompassi), joka on asennettu usean eristetyn johdon kierroksen kelaan.

Kela sijaitsee pystytasossa. Se luo ylimääräisen magneettikentän k (käämin halkaisija ja kierrosten lukumäärä on ilmoitettu laitteessa).

Kelan keskelle asetetaan magneettineula 2. Sen tulee olla pieni, jotta se voi ottaa vastaan sen napoihin vaikuttavan induktion, joka on yhtä suuri kuin ympyrävirran keskellä olevan induktion. Kelan ääriviivan taso asetetaan niin, että se osuu yhteen nuolen suunnan kanssa ja on kohtisuorassa maan kentän vaakasuoraan komponenttiin nähden r. Vaikutuksen alaisena r Maan kentän induktio ja kelakentän induktio, nuoli on asetettu tuloksena olevan induktion suuntaan R(Kuva 6 a, b).

Kuvasta 6 se on selvää

(6)

Kelan magneettikentän induktio keskellä on

missä N on kelan kierrosten lukumäärä; I on sen läpi virtaava virta; R on kelan säde. Kohdasta (6) ja (7) seuraa, että

(8)

On tärkeää ymmärtää, että kaava (8) on likimääräinen, ts. se on totta vain, jos magneettineulan koko on paljon pienempi kuin ääriviivan R säde. Pienin mittausvirhe on kiinteä neulan taipumakulmassa ≈45°. Vastaavasti tangentin kompassikelan virranvoimakkuus valitaan.

Työmääräys

Asenna tangenttikompassikela siten, että sen taso on sama kuin magneettineulan suunta.

Kokoa piiri kaavion mukaan (kuva 7).

3. Kytke virta päälle ja mittaa taipumakulmat nuolen päistä
Ja
. Syötä tiedot taulukkoon. Muuta sitten kytkimellä P virran suunta päinvastaiseksi muuttamatta virran suuruutta ja mittaa taipumakulmat nuolen molemmista päistä
Ja
uudelleen. Syötä tiedot taulukkoon. Siten virhe kulman määrittämisessä, joka liittyy tangentin kompassikelan tason yhteensopimattomuuteen magneettisen meridiaanin tason kanssa, eliminoituu. Laskea

Mittaustulokset I ja syötä taulukkoon 1.

pöytä 1

Laske keskim. kaavan mukaan

missä n on mittausten lukumäärä.

Etsi kaavan avulla kokonaisvirheen luottamusraja

Missä
- Opiskelijakerroin (at = 0,95 ja n = 5
=2,8).

Kirjoita tulokset lausekkeeksi

Kontrollikysymykset

Mitä kutsutaan magneettikentän induktioksi? Mikä on sen mittayksikkö? Miten magneettisen induktiovektorin suunta määritetään?

Mitä kutsutaan magneettikentän voimakkuudella? Mikä on sen yhteys magneettiseen induktioon?

Muotoile Biot-Savart-Laplacen laki, laske sen perusteella magneettikentän induktio ympyrävirran keskellä, tasavirran kenttäinduktio ja solenoidi.

Miten tasa- ja ympyrävirtojen magneettikentän induktion suunta määritetään?

Mikä on magneettikenttien superpositioperiaate?

Mitä kenttää kutsutaan pyörrekentällä?

Muotoile Amperen laki.

Kerro meille maan magneettikentän tärkeimmistä parametreista.

Kuinka voit määrittää Maan magneettikenttälinjojen suunnan?

Miksi on edullisempaa mitata magneettikentän induktion vaakakomponentti 45°:n neulanpoikkeutuskulmassa?

LABORATORIOTYÖ nro 7

Sähkömagneettiset ilmiöt

Sähkömagneettiset ilmiöt heijastavat sähkövirran yhteyttä magneettikenttään. Kaikki heidän fyysiset lakinsa tunnetaan hyvin, emmekä yritä korjata niitä; Tavoitteemme on erilainen: selittää näiden ilmiöiden fyysinen luonne.

Yksi asia on meille jo selvä: sähköä tai magnetismia ei voi olla ilman elektroneja; ja tässä sähkömagnetismi ilmenee jo. Puhuimme myös siitä tosiasiasta virtaa kuljettava kela synnyttää magneettikentän. Jäädään uusin ilmiö ja selvitetään kuinka se tapahtuu.

Katsotaan kelaa päästä ja annetaan sähkövirran kulkea sen läpi vastapäivään. Virta on elektronien virtaus, joka liukuu johtimen pintaa pitkin (vain pinnalla on avoimia imuurat). Elektronien virta kulkee viereistä eetteriä pitkin ja se alkaa myös liikkua vastapäivään. Johtimen vieressä olevan eetterin nopeus määräytyy johtimessa olevien elektronien nopeuden mukaan, ja se puolestaan riippuu eetterin paineen erosta (käämin sähköjännitteestä) ja virtausalueesta. kapellimestari. Virran kuljettama eetteri vaikuttaa vierekkäisiin kerroksiin ja ne liikkuvat myös kelan sisällä ja ulkopuolella ympyrässä. Pyörteen eetterin nopeus jakautuu seuraavasti: sen suurin arvo on tietysti kelojen alueella; kun se siirretään kohti keskustaa, se pienenee lineaarisen lain mukaan niin, että aivan keskustassa se on nolla; Siirtyessään pois käännöksistä kehälle, myös nopeus laskee, mutta ei lineaarisesti, vaan monimutkaisemman lain mukaan.

Virran pyörittämä eetterin makropyörre alkaa suunnata elektroneja siten, että ne kaikki pyörivät, kunnes niiden pyörimisakselit ovat yhdensuuntaiset käämin akselin kanssa; samaan aikaan kelan sisällä ne pyörivät vastapäivään ja sen ulkopuolella - myötäpäivään; samaan aikaan elektronit pyrkivät olemaan koaksiaalisia, eli ne kerätään magneettijohtoihin. Elektronien orientaatioprosessi kestää jonkin aikaa, ja valmistumisen jälkeen magneettisäde ilmestyy kelan sisälle pohjoisnavan kanssa meidän suunnassamme, ja kelan ulkopuolella, päinvastoin, pohjoisnapa on kaukana meistä. Näin ollen olemme todistaneet sähkötekniikassa tunnetun ruuvi- tai gimlet-säännön pätevyyden, joka muodostaa yhteyden virran suunnan ja sen tuottaman magneettikentän suunnan välille.

Magneettivoiman (jännityksen) kussakin magneettikentän pisteessä määrää eetterin nopeuden muutos tässä pisteessä, eli nopeuden derivaatta suhteessa etäisyyteen kelan kierroksista: Mitä jyrkempi nopeuden muutos, sitä suurempi on jännitys. Jos korreloimme kelan magneettista voimaa sen sähköisten ja geometristen parametrien kanssa, niin sillä on suora riippuvuus virran arvosta ja käänteinen riippuvuus käämin halkaisijasta. Mitä suurempi virta ja mitä pienempi halkaisija, sitä lisää mahdollisuuksia kerää elektroneja tietyn pyörimissuuntaisiin johtoihin ja mitä suurempi kelan magneettinen voima on. On jo sanottu, että väliaine voi lisätä tai heikentää magneettikentän voimakkuutta.

Sähkön muuntoprosessi tasavirta magnetismiin - se ei ole palautuva: jos magneetti asetetaan kelaan, siihen ei synny virtaa. Magneetin ympärillä olevan makropyörteen energia on niin pieni, että se ei pysty pakottamaan elektroneja liikkumaan kierroksia pitkin niiden pienimmällä vastuksella. Muistetaan vielä kerran, että käänteisessä prosessissa välittäjänä toimiva eetterin makropyörre suuntasi vain elektroneja, ei mitään muuta, eli se kontrolloi vain magneettikenttää ja kentän voimakkuuden määritti yksisuuntaisten magneettijohtojen lukumäärä.