Lignes d'induction magnétique d'un conducteur porteur de courant. L'induction magnétique du champ créé par un conducteur droit infiniment long avec du courant est -

L'ampleur de l'induction du champ magnétique dépend-elle de l'environnement dans lequel il se forme ? Afin de répondre à cette question, faisons l'expérience suivante. Déterminons d'abord la force (voir Fig. 117) avec laquelle le champ magnétique agit sur un conducteur avec du courant dans l'air (en principe, cela doit se faire dans le vide), puis la force du champ magnétique sur ce conducteur , par exemple, dans de l'eau contenant de la poudre d'oxyde de fer ( Sur la figure, le récipient est représenté par une ligne pointillée). Dans un milieu d'oxyde de fer, un champ magnétique agit sur un conducteur porteur de courant avec une plus grande force. Dans ce cas, l’ampleur de l’induction du champ magnétique est plus grande. Il existe des substances, par exemple l'argent, le cuivre, dans lesquelles il y en a moins que dans le vide. L'ampleur de l'induction du champ magnétique dépend de l'environnement dans lequel il se forme.

Une quantité indiquant combien de fois l'induction du champ magnétique dans un milieu donné est supérieure ou inférieure à l'induction du champ magnétique dans le vide est appelée perméabilité magnétique du milieu. Si l'induction du champ magnétique du milieu est B et le vide est B 0, alors la perméabilité magnétique du milieu

La perméabilité magnétique d'un milieu μ est une quantité sans dimension. Pour différentes substances c'est différent. Donc, pour l'acier doux - 2180, air - 1,00000036, cuivre - 0,999991 . Ceci s'explique par diverses substances sont inégalement magnétisés dans un champ magnétique.

Voyons de quoi dépend l'induction du champ magnétique conducteur droit avec du courant. Près section droite Et dans un tour de fil (Fig. 122) on place un indicateur C de l'induction du champ magnétique. Allumons le courant. Le champ magnétique de la section A agit sur le cadre indicateur et le fait tourner, ce qui fait dévier l'aiguille de la position zéro. En modifiant l'intensité du courant dans le cadre avec un rhéostat, nous remarquons que de combien de fois le courant dans le conducteur augmente, la déviation de l'aiguille indicatrice augmente du même montant : V~I.

En gardant le courant constant, nous augmenterons la distance entre le conducteur et le cadre. D'après la lecture de l'indicateur, on remarque que l'induction du champ magnétique est inversement proportionnelle à la distance du conducteur au point du champ étudié : V~ I/R. L'ampleur de l'induction du champ magnétique dépend des propriétés magnétiques du milieu, c'est-à-dire de sa perméabilité magnétique. Plus la perméabilité magnétique est grande, plus l’induction du champ magnétique est importante : B~µ.

Théoriquement et grâce à des expériences plus précises, les physiciens français Biot, Savard et Laplace ont établi que la grandeur de l'induction du champ magnétique d'un fil droit de petite section dans un milieu homogène de perméabilité magnétique μ à une distance R de celui-ci est égale à

Ici μ 0 est la constante magnétique. Trouvons-la valeur numérique et nom dans le système SI. Puisque l’induction du champ magnétique est en même temps égale à alors, en égalisant ces deux formules, on obtient

D'où la constante magnétique. De la définition de l'ampère on sait que les segments conducteurs parallèles longueur l = 1 mà distance R = 1 m les uns des autres, interagissent avec force F = 2*10 -7n, quand le courant les traverse Je = 1 heure du matin. Sur cette base, nous calculons μ 0 (en prenant μ = 1) :

Voyons maintenant ce qui détermine l’induction du champ magnétique à l’intérieur d’une bobine avec du courant. Assemblons un circuit électrique (Fig. 123). En plaçant le cadre indicateur d'induction de champ magnétique à l'intérieur de la bobine, nous fermons le circuit. En augmentant l'intensité du courant de 2, 3 et 4 fois, nous remarquons que l'induction du champ magnétique à l'intérieur de la bobine augmente en conséquence du même montant : V~I.

Après avoir déterminé l'induction du champ magnétique à l'intérieur de la bobine, nous augmentons le nombre de tours par unité de longueur. Pour ce faire, connectez deux bobines identiques en série et insérez l'une dans l'autre. À l'aide d'un rhéostat, nous réglerons la force actuelle au niveau précédent. Avec la même longueur de bobine l, le nombre de tours n a doublé et, par conséquent, le nombre de tours par unité de longueur de la bobine a doublé.

Champ magnétique du courant électrique

Un champ magnétique est créé non seulement par des champs naturels ou artificiels, mais également par un conducteur si un courant électrique le traverse. Il existe donc un lien entre les phénomènes magnétiques et électriques.

Il n’est pas difficile de vérifier qu’un champ magnétique se forme autour d’un conducteur parcouru par un courant. Placez un conducteur droit au-dessus de l’aiguille magnétique en mouvement, parallèlement à celle-ci, et faites-y passer un courant électrique. La flèche prendra une position perpendiculaire au conducteur.

Quelles forces pourraient faire tourner l’aiguille magnétique ? Évidemment, la force du champ magnétique qui apparaît autour du conducteur. Coupez le courant et l'aiguille magnétique reviendra à sa position normale. Cela suggère que lorsque le courant a été coupé, le champ magnétique du conducteur a également disparu.

Ainsi, un courant électrique traversant un conducteur crée un champ magnétique. Pour savoir dans quel sens l'aiguille magnétique va s'écarter, appliquez la règle main droite. Si vous placez votre main droite sur le conducteur, paume vers le bas, de manière à ce que la direction du courant coïncide avec la direction des doigts, alors le plié pouce montrera la direction de déviation du pôle nord d’une aiguille magnétique placée sous le conducteur. En utilisant cette règle et connaissant la polarité de la flèche, vous pouvez également déterminer le sens du courant dans le conducteur.

Un champ magnétique conducteur droita la forme de cercles concentriques. Si vous placez votre main droite sur le conducteur, paume vers le bas, de manière à ce que le courant semble sortir des doigts, alors le pouce plié indiquera pôle Nord aiguille magnétique.Un tel champ est appelé circulaire champ magnétique.

Direction les lignes électriques le champ circulaire dépend du conducteur et est déterminé par ce qu'on appelle règle de la vrille. Si vous vissez mentalement la vrille dans le sens du courant, le sens de rotation de sa poignée coïncidera avec le sens des lignes de champ magnétique. En appliquant cette règle, vous pouvez connaître la direction du courant dans un conducteur si vous connaissez la direction des lignes de champ créées par ce courant.

En revenant à l'expérience avec l'aiguille magnétique, nous pouvons être convaincus qu'elle est toujours située avec son extrémité nord dans la direction des lignes de champ magnétique.

Donc, Un champ magnétique apparaît autour d’un conducteur droit traversé par un courant électrique. Il a la forme de cercles concentriques et est appelé champ magnétique circulaire.

Cornichons D. Champ magnétique du solénoïde

Un champ magnétique apparaît autour de tout conducteur, quelle que soit sa forme, à condition qu'un courant électrique traverse le conducteur.

En électrotechnique, nous traitons de ceux constitués d'un certain nombre de tours. Pour étudier le champ magnétique de la bobine qui nous intéresse, considérons d'abord quelle forme a le champ magnétique d'une spire.

Imaginons une bobine de fil épais perçant une feuille de carton et connectée à une source de courant. Lorsqu'un courant électrique traverse une bobine, un champ magnétique circulaire se forme autour de chaque partie de la bobine. Selon la règle de la « vrille », il n'est pas difficile de déterminer que les lignes de force magnétiques à l'intérieur de la bobine ont la même direction (vers nous ou loin de nous, selon le sens du courant dans la bobine), et qu'elles sortent d'un côté de la bobine et entrez de l'autre côté. Une série de tels tours, en forme de spirale, est ce qu'on appelle solénoïde (bobine).

Autour du solénoïde, lorsqu'un courant le traverse, un champ magnétique se forme. Il est obtenu grâce à l'addition des champs magnétiques de chaque spire et a la forme du champ magnétique d'un aimant rectiligne. Les lignes de force du champ magnétique du solénoïde, comme dans un aimant rectiligne, quittent une extrémité du solénoïde et reviennent à l'autre. A l’intérieur du solénoïde, ils ont la même direction. Ainsi, les extrémités du solénoïde ont une polarité. La fin d'où émergent les lignes de force est pôle Nord solénoïde, et l'extrémité dans laquelle entrent les lignes électriques est son pôle sud.

Pôles solénoïdes peut être déterminé par règle de la main droite, mais pour cela, vous devez connaître la direction du courant dans ses tours. Si vous placez votre main droite sur le solénoïde, paume vers le bas, de manière à ce que le courant semble sortir des doigts, alors le pouce plié pointera vers le pôle nord du solénoïde.. De cette règle, il s'ensuit que la polarité du solénoïde dépend de la direction du courant qui y circule. Il n'est pas difficile de le vérifier pratiquement en amenant une aiguille magnétique sur l'un des pôles du solénoïde puis en changeant le sens du courant dans le solénoïde. La flèche tournera instantanément de 180°, c'est-à-dire qu'elle indiquera que les pôles du solénoïde ont changé.

Le solénoïde a la propriété d’attirer des objets en fer léger. Si une barre d'acier est placée à l'intérieur du solénoïde, après un certain temps, sous l'influence du champ magnétique du solénoïde, la barre deviendra magnétisée. Cette méthode est utilisée dans la fabrication.

Électro-aimants

Il s’agit d’une bobine (solénoïde) avec un noyau de fer placé à l’intérieur. Les formes et les tailles des électro-aimants sont variées, mais leur structure générale est la même.

La bobine électromagnétique est un cadre, le plus souvent en bois aggloméré ou en fibre et possède diverses formes en fonction du but de l'électro-aimant. Le cadre est enroulé dans plusieurs couches de fil de cuivre isolé - l'enroulement de l'électro-aimant. Il a un nombre de tours différent et est constitué de fil de différents diamètres, en fonction de la fonction de l'électro-aimant.

Pour protéger l'isolation du bobinage des dommages mécaniques, le bobinage est recouvert d'une ou plusieurs couches de papier ou d'un autre matériau isolant. Le début et la fin du bobinage sont ressortis et connectés à des bornes de sortie montées sur le châssis, ou à des conducteurs flexibles munis de cosses aux extrémités.

La bobine électromagnétique est montée sur un noyau en fer doux recuit ou en alliages de fer avec du silicium, du nickel, etc. Ce fer a le plus petit résidu. Les noyaux sont le plus souvent constitués de feuilles minces composites isolées les unes des autres. Les formes des noyaux peuvent être différentes selon la fonction de l'électro-aimant.

Si un courant électrique traverse l’enroulement d’un électro-aimant, un champ magnétique se forme autour de l’enroulement, qui magnétise le noyau. Puisque le noyau est en fer doux, il sera magnétisé instantanément. Si vous coupez ensuite le courant, les propriétés magnétiques du noyau disparaîtront également rapidement et il cessera d'être un aimant. Les pôles d'un électro-aimant, comme d'un solénoïde, sont déterminés par la règle de droite. Si vous modifiez le bobinage d'un électro-aimant, la polarité de l'électro-aimant changera en conséquence.

L’action d’un électro-aimant est similaire à celle d’un aimant permanent. Cependant, entre eux, il y a une grosse différence. Un aimant permanent a toujours Propriétés magnétiques, et un électro-aimant uniquement lorsqu'un courant électrique traverse son enroulement.

De plus, la force d’attraction d’un aimant permanent est constante, puisque le flux magnétique d’un aimant permanent est constant. La force d'attraction d'un électro-aimant n'est pas une valeur constante. Le même électro-aimant peut avoir force différente attirance. La force attractive de tout aimant dépend de l’ampleur de son flux magnétique.

La force d'attraction, et donc son flux magnétique, dépend de l'ampleur du courant traversant le bobinage de cet électro-aimant. Plus le courant est grand, plus la force d'attraction de l'électro-aimant est grande et, à l'inverse, moins il y a de courant dans l'enroulement de l'électro-aimant, moins il attire de force les corps magnétiques vers lui.

Mais pour les électroaimants de structure et de taille différentes, leur force d'attraction ne dépend pas seulement de l'ampleur du courant dans l'enroulement. Si, par exemple, nous prenons deux électroaimants de même conception et de même taille, mais l'un avec un petit nombre de tours d'enroulement et l'autre avec un nombre beaucoup plus grand, alors il est facile de voir qu'au même courant la force d'attraction de ce dernier sera bien plus important. En effet, que plus grand nombre tours du bobinage, plus le champ magnétique créé autour de ce bobinage à un courant donné est grand, puisqu'il est composé des champs magnétiques de chaque tour. Cela signifie que le flux magnétique de l'électro-aimant, et donc la force de son attraction, sera d'autant plus grand que le nombre de tours du bobinage est grand.

Il existe une autre raison qui affecte l'amplitude du flux magnétique d'un électro-aimant. C'est la qualité de son circuit magnétique. Un circuit magnétique est le chemin le long duquel le flux magnétique est fermé. Le circuit magnétique a une certaine résistance magnétique. La réluctance magnétique dépend de la perméabilité magnétique du milieu traversé par le flux magnétique. Plus la perméabilité magnétique de ce milieu est grande, plus sa résistance magnétique est faible.

Depuis m La perméabilité magnétique des corps ferromagnétiques (fer, acier) est plusieurs fois supérieure à la perméabilité magnétique de l'air, il est donc plus rentable de réaliser des électroaimants de manière à ce que leur circuit magnétique ne contienne pas de sections d'air. Le produit de l'intensité du courant et du nombre de tours de l'enroulement de l'électro-aimant est appelé force magnétomotrice. La force magnétomotrice se mesure en nombre d'ampères-tours.

Par exemple, un courant de 50 mA traverse le bobinage d’un électro-aimant de 1 200 tours. Force magnétomotrice M un tel électroaimant est égal à 0,05 x 1200 = 60 ampères-tours.

L'action de la force magnétomotrice est similaire à l'action force électromotrice dans un circuit électrique. Tout comme les champs électromagnétiques provoquent un courant électrique, la force magnétomotrice crée un flux magnétique dans un électro-aimant. Tout comme dans un circuit électrique, à mesure que la force électromotrice augmente, la valeur du courant augmente, de même dans un circuit magnétique, à mesure que la force magnétomotrice augmente, le flux magnétique augmente.

Action résistance magnétique similaire à l'action résistance électrique Chaînes. Tout comme le courant diminue à mesure que la résistance d’un circuit électrique augmente, le courant dans un circuit magnétique diminue également. Une augmentation de la résistance magnétique entraîne une diminution du flux magnétique.

La dépendance du flux magnétique d'un électroaimant à la force magnétomotrice et à sa résistance magnétique peut être exprimée par une formule similaire à la formule de la loi d'Ohm : force magnétomotrice = (flux magnétique / résistance magnétique)

Le flux magnétique est égal à la force magnétomotrice divisée par la réluctance magnétique.

Le nombre de tours du bobinage et la résistance magnétique de chaque électro-aimant sont une valeur constante. Par conséquent, le flux magnétique d'un électroaimant donné ne change qu'avec une modification du courant traversant l'enroulement. Étant donné que la force d'attraction d'un électro-aimant est déterminée par son flux magnétique, afin d'augmenter (ou de diminuer) la force d'attraction de l'électro-aimant, il est nécessaire d'augmenter (ou de diminuer) en conséquence le courant dans son enroulement.

Électro-aimant polarisé

Un électro-aimant polarisé est une connexion entre un aimant permanent et un électro-aimant. C'est conçu de cette façon. Les extensions de pôles en fer doux sont fixées aux pôles d'un aimant permanent. Chaque extension de pôle sert de noyau à un électro-aimant sur lequel est montée une bobine avec un enroulement. Les deux enroulements sont connectés en série.

Puisque les extensions de pôles sont directement reliées aux pôles d'un aimant permanent, elles possèdent des propriétés magnétiques même en l'absence de courant dans les enroulements ; Dans le même temps, leur force d'attraction est constante et est déterminée par le flux magnétique d'un aimant permanent.

L'action d'un électro-aimant polarisé est que lorsque le courant traverse ses enroulements, la force attractive de ses pôles augmente ou diminue en fonction de l'amplitude et de la direction du courant dans les enroulements. L'action des autres électroaimants repose sur cette propriété d'un électroaimant polarisé. appareils électriques.

L'effet d'un champ magnétique sur un conducteur porteur de courant

Si vous placez un conducteur dans un champ magnétique de manière à ce qu'il soit situé perpendiculairement aux lignes de champ et que vous faites passer un courant électrique à travers ce conducteur, le conducteur commencera à se déplacer et sera poussé hors du champ magnétique.

À la suite de l'interaction du champ magnétique avec le courant électrique, le conducteur commence à se déplacer, c'est-à-dire Énergie électrique se transforme en mécanique.

La force avec laquelle un conducteur est poussé hors d'un champ magnétique dépend de l'ampleur du flux magnétique de l'aimant, de l'intensité du courant dans le conducteur et de la longueur de la partie du conducteur que les lignes de champ croisent. La direction d'action de cette force, c'est-à-dire la direction de déplacement du conducteur, dépend du sens du courant dans le conducteur et est déterminée par règle de la main gauche.

Si vous tenez la paume de votre main gauche de manière à ce que les lignes de champ magnétique y pénètrent et que les quatre doigts étendus font face à la direction du courant dans le conducteur, alors le pouce plié indiquera la direction du mouvement du conducteur.. En appliquant cette règle, il faut se rappeler que les lignes de champ sortent du pôle nord de l’aimant.

Vous pouvez montrer comment utiliser la loi d'Ampère en déterminant le champ magnétique à proximité d'un fil. Posons-nous la question : quel est le champ à l'extérieur d'un long fil droit de section cylindrique ? Faisons une hypothèse, peut-être pas si évidente, mais néanmoins correcte : les lignes de champ B font le tour du fil en cercle. Si nous faisons cette hypothèse, alors la loi d'Ampère [équation (13.16)] nous indique quelle est la magnitude du champ. En raison de la symétrie du problème, le champ B a la même valeur en tous les points du cercle concentrique au fil (Fig. 13.7). On peut alors facilement prendre l'intégrale droite de B·ds. Elle est simplement égale à la valeur de B multipliée par la circonférence. Si le rayon du cercle est r, Que

Le courant total traversant la boucle est simplement le courant / dans le fil, donc

L’intensité du champ magnétique diminue de façon inversement proportionnelle à r, distance par rapport à l'axe du fil. Si vous le souhaitez, l'équation (13.17) peut être écrite sous forme vectorielle. En rappelant que B est dirigé perpendiculairement à I et à r, nous avons

Nous avons mis en évidence le facteur 1/4πε 0 avec 2 car il apparaît fréquemment. Il convient de rappeler qu'il s'agit exactement de 10 - 7 (en unités SI), car une équation de la forme (13.17) est utilisée pour définitions unités de courant, ampère. A une distance de 1 m un courant de 1 A crée un champ magnétique égal à 2·10 - 7 weber/m2.

Puisque le courant crée un champ magnétique, il agira avec une certaine force sur le fil adjacent à travers lequel passe également le courant. Pouce. 1, nous avons décrit une expérience simple montrant les forces entre deux fils à travers lesquels le courant circule. Si les fils sont parallèles, alors chacun d'eux est perpendiculaire au champ B de l'autre fil ; alors les fils se repousseront ou s’attireront. Lorsque les courants circulent dans une direction, les fils s’attirent ; lorsque les courants circulent dans des directions opposées, ils se repoussent.

Prenons un autre exemple, qui peut également être analysé à l'aide de la loi d'Ampère, si l'on ajoute également quelques informations sur la nature du champ. Supposons qu'il y ait un long fil enroulé en une spirale serrée, dont la section transversale est représentée sur la Fig. 13.8. Cette spirale s'appelle solénoïde. On observe expérimentalement que lorsque la longueur du solénoïde est très grande par rapport au diamètre, le champ à l'extérieur de celui-ci est très petit par rapport au champ à l'intérieur. En utilisant uniquement ce fait et la loi d'Ampère, on peut trouver l'ampleur du champ à l'intérieur.

Depuis le terrain restesà l'intérieur (et a une divergence nulle), ses lignes doivent être parallèles à l'axe, comme le montre la Fig. 13.8. Si tel est le cas, nous pouvons alors utiliser la loi d'Ampère pour la « courbe » rectangulaire G de la figure. Cette courbe parcourt une distance L à l'intérieur du solénoïde, où le champ est, disons, égal à B o, puis va perpendiculairement au champ et revient le long zone extérieure, où le champ peut être négligé. L’intégrale de B le long de cette courbe est exactement À 0 L, et cela doit être égal à 1/ε 0 c 2 fois le courant total à l'intérieur de G, c'est-à-dire NI(où N est le nombre de tours du solénoïde sur la longueur L). Nous avons

Ou en entrant n- nombre de tours par unité de longueur solénoïde (donc n= N/L), on a

Qu'arrive-t-il aux lignes B lorsqu'elles atteignent l'extrémité du solénoïde ? Apparemment, ils divergent d'une manière ou d'une autre et reviennent au solénoïde par l'autre extrémité (Fig. 13.9). Exactement le même champ est observé à l’extérieur d’un barreau magnétique. bien et qu'est-ce que c'est aimant? Nos équations disent que le champ B résulte de la présence de courants. Et nous savons que les barres de fer ordinaires (et non les batteries ou les générateurs) créent également des champs magnétiques. Vous pourriez vous attendre à ce qu'il y ait d'autres termes sur le côté droit de (13.12) ou (16.13) représentant la « densité du fer magnétisé » ou une quantité similaire. Mais un tel membre n’existe pas. Notre théorie dit que les effets magnétiques du fer proviennent de certains courants internes déjà pris en compte par le terme j.

La matière est très complexe vue d’un point de vue profond ; Nous en étions déjà convaincus lorsque nous essayions de comprendre les diélectriques. Afin de ne pas interrompre notre présentation, nous reporterons une discussion détaillée sur le mécanisme interne matériaux magnétiques type de fer. Pour l’instant, nous devrons accepter que tout magnétisme est dû aux courants et qu’il existe des courants internes constants dans un aimant permanent. Dans le cas du fer, ces courants sont créés par des électrons tournant autour de leurs propres axes. Chaque électron possède un spin qui correspond à un minuscule courant circulant. Bien entendu, un électron ne produit pas un champ magnétique important, mais un morceau de matière ordinaire contient des milliards et des milliards d’électrons. Habituellement, ils tournent de quelque manière que ce soit pour que l'effet global disparaisse. Ce qui est surprenant, c'est que dans quelques substances comme le fer, la plupart de les électrons tournent autour d’axes dirigés dans une direction : dans le fer, deux électrons de chaque atome participent à ce mouvement conjoint. Un aimant contient un grand nombre d’électrons tournant dans la même direction et, comme nous le verrons, leur effet combiné est équivalent au courant circulant à la surface de l’aimant. (Cela ressemble beaucoup à ce que l’on trouve dans les diélectriques : un diélectrique uniformément polarisé équivaut à une distribution de charges à sa surface.) Ce n’est donc pas une coïncidence si un barreau magnétique équivaut à un solénoïde.

où r est la distance de l'axe du conducteur au point.

Selon l'hypothèse d'Ampère, des courants microscopiques (microcourants) existent dans tout corps, provoqués par le mouvement des électrons dans les atomes. Ils créent leur propre champ magnétique et s'orientent dans les champs magnétiques des macrocourants. Le macrocourant est le courant dans un conducteur sous l'influence d'une force électromotrice ou d'une différence de potentiel. Vecteur d'induction magnétique caractérise le champ magnétique résultant créé par tous les macro et microcourants. Le champ magnétique des macrocourants est également décrit par le vecteur intensité . Dans le cas d'un milieu isotrope homogène, le vecteur induction magnétique est lié au vecteur intensité par la relation

(5)

où μ 0 - constante magnétique ; μ est la perméabilité magnétique du milieu, indiquant combien de fois le champ magnétique des macrocourants est amélioré ou affaibli en raison des microcourants du milieu. En d’autres termes, μ montre combien de fois le vecteur d’induction du champ magnétique dans un milieu est supérieur ou inférieur à celui dans le vide.

L'unité d'intensité du champ magnétique est A/m. 1A/m - l'intensité d'un tel champ dont l'induction magnétique dans le vide est égale à
Tél. La Terre est un énorme aimant sphérique. L'effet du champ magnétique terrestre est détecté à sa surface et dans l'espace environnant.

Le pôle magnétique de la Terre est le point de sa surface où se trouve verticalement une aiguille magnétique librement suspendue. Les positions des pôles magnétiques sont soumises à des changements constants, dus à la structure interne de notre planète. Les pôles magnétiques ne coïncident donc pas avec les pôles géographiques. Le pôle Sud du champ magnétique terrestre est situé au large de la côte nord de l’Amérique et le pôle Nord se trouve en Antarctique. Le diagramme des lignes du champ magnétique terrestre est présenté sur la figure. 5 (la ligne pointillée indique l’axe de rotation de la Terre) : - composante horizontale de l'induction du champ magnétique ; Nr, Sr - pôles géographiques de la Terre ; N, S - pôles magnétiques de la Terre.

La direction des lignes du champ magnétique terrestre est déterminée à l’aide d’une aiguille magnétique. Si vous suspendez librement une aiguille magnétique, elle sera installée dans la direction tangente à la ligne de force. Les pôles magnétiques étant situés à l’intérieur de la Terre, l’aiguille magnétique n’est pas installée horizontalement, mais selon un certain angle α par rapport au plan horizontal. Cet angle α est appelé inclinaison magnétique. À mesure que l’on s’approche du pôle magnétique, l’angle α augmente. Le plan vertical dans lequel se trouve la flèche est appelé plan du méridien magnétique, et l'angle entre méridiens magnétiques et géographiques - déclinaison magnétique. La force caractéristique du champ magnétique, comme déjà noté, est l'induction magnétique B. Sa valeur est faible et varie de 0,42∙10 -4 Tesla à l'équateur à 0,7∙10 -4 Tesla aux pôles magnétiques.

Le vecteur induction du champ magnétique terrestre peut être divisé en deux composantes : horizontale et vertical
(Fig.5). Une aiguille magnétique fixée sur un axe vertical est installée en direction de la composante horizontale de la Terre . Déclinaison magnétique , inclinaison α et composante horizontale du champ magnétique sont les principaux paramètres du champ magnétique terrestre.

Signification déterminé par la méthode magnétométrique, basée sur l'interaction du champ magnétique de la bobine avec l'aiguille magnétique. L'appareil, appelé boussole tangente, est une petite boussole (une boussole avec un cadran divisé en degrés), montée à l'intérieur d'une bobine composée d'un ou plusieurs tours de fil isolé.

La bobine est située dans un plan vertical. Cela crée un champ magnétique supplémentaire k (le diamètre de la bobine et le nombre de tours sont indiqués sur l'appareil).

Au centre de la bobine est placée une aiguille magnétique 2. Elle doit être petite pour pouvoir accepter l'induction agissant sur ses pôles égale à l'induction au centre du courant circulaire. Le plan du contour de la bobine est défini de manière à coïncider avec la direction de la flèche et à être perpendiculaire à la composante horizontale du champ terrestre. r. Sous l'influence r induction du champ terrestre et induction du champ de la bobine, la flèche est orientée dans la direction de l'induction résultante R.(Fig. 6a, b).

De la fig. 6 il est clair que

(6)

L’induction du champ magnétique de la bobine au centre est –

7)

où N est le nombre de tours de bobine ; I est le courant qui le traverse ; R est le rayon de la bobine. De (6) et (7) il résulte que

(8)

Il est important de comprendre que la formule (8) est approximative, c'est-à-dire cela n'est vrai que si la taille de l'aiguille magnétique est bien inférieure au rayon du contour R. L'erreur de mesure minimale est fixée à un angle de déviation de l'aiguille de ≈45°. En conséquence, l'intensité du courant dans la bobine de la boussole tangente est sélectionnée.

Demande de service

Installez la bobine tangente de la boussole de manière à ce que son plan coïncide avec la direction de l'aiguille magnétique.

Assemblez le circuit selon le schéma (Fig. 7).

3. Allumez le courant et mesurez les angles de déviation aux extrémités de la flèche
Et
. Entrez les données dans le tableau. Ensuite, à l'aide du commutateur P, changez la direction du courant dans le sens opposé sans changer l'amplitude du courant et mesurez les angles de déviation aux deux extrémités de la flèche.
Et
encore. Entrez les données dans le tableau. Ainsi, l'erreur dans la détermination de l'angle associée à la non-concordance du plan de la bobine tangente de la boussole avec le plan du méridien magnétique est éliminée. Calculer

Résultats de mesure I et entrer dans le tableau 1.

Tableau 1

Calculer en moy. selon la formule

où n est le nombre de mesures.

Trouvez la limite de confiance de l'erreur totale à l'aide de la formule

,

Où
- Coefficient d'étudiant (à =0,95 et n=5
=2,8).

Écrivez les résultats sous forme d'expression

.

Questions de contrôle

Comment s’appelle l’induction du champ magnétique ? Quelle est son unité de mesure ? Comment la direction du vecteur induction magnétique est-elle déterminée ?

Comment s’appelle l’intensité du champ magnétique ? Quel est son lien avec l’induction magnétique ?

Formuler la loi de Biot-Savart-Laplace, calculer sur cette base l'induction du champ magnétique au centre du courant circulaire, l'induction du champ du courant continu et du solénoïde.

Comment la direction de l'induction du champ magnétique des courants continus et circulaires est-elle déterminée ?

Quel est le principe de superposition des champs magnétiques ?

Quel champ est appelé champ de vortex ?

Formuler la loi d'Ampère.

Parlez-nous des principaux paramètres du champ magnétique terrestre.

Comment pouvez-vous déterminer la direction des lignes du champ magnétique terrestre ?

Pourquoi est-il plus avantageux de mesurer la composante horizontale de l’induction du champ magnétique à un angle de déviation de l’aiguille de 45° ?

TRAVAUX DE LABORATOIRE N°7

Phénomènes électromagnétiques

Les phénomènes électromagnétiques reflètent la connexion du courant électrique avec un champ magnétique. Toutes leurs lois physiques sont bien connues, et nous n'essaierons pas de les corriger ; notre objectif est différent : expliquer la nature physique de ces phénomènes.

Une chose est déjà claire pour nous : ni l’électricité ni le magnétisme ne peuvent exister sans électrons ; et c'est en cela que l'électromagnétisme se manifeste déjà. Nous avons également parlé du fait que une bobine transportant du courant génère un champ magnétique. Restons pour dernier phénomène et clarifions comment cela se produit.

Regardons la bobine depuis l'extrémité et laissons le courant électrique la traverser dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le courant est un flux d'électrons glissant le long de la surface d'un conducteur (seulement sur la surface se trouvent des rainures d'aspiration ouvertes). Le flux d’électrons entraînera l’éther adjacent et commencera également à se déplacer dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. La vitesse de l'éther adjacent au conducteur sera déterminée par la vitesse des électrons dans le conducteur et dépendra à son tour de la différence de pression de l'éther (de la tension électrique sur la bobine) et de la zone d'écoulement de le chef d'orchestre. L'éther emporté par le courant affectera les couches voisines, et elles se déplaceront également à l'intérieur et à l'extérieur de la bobine en cercle. La vitesse de l'éther tourbillonnant se répartira comme suit : sa plus grande valeur, bien entendu, se situe dans la région des bobines ; lorsqu'il est décalé vers le centre, il diminue selon une loi linéaire, de sorte qu'au centre même il sera nul ; En s'éloignant des virages vers la périphérie, la vitesse diminuera également, mais pas linéairement, mais selon une loi plus complexe.

Le macro-vortex de l'éther tourbillonné par le courant commencera à orienter les électrons de telle manière qu'ils tourneront tous jusqu'à ce que leurs axes de rotation soient parallèles à l'axe de la bobine ; en même temps, à l'intérieur de la bobine, ils tourneront dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et à l'extérieur, dans le sens des aiguilles d'une montre ; en même temps, les électrons auront tendance à être coaxiaux, c’est-à-dire qu’ils seront rassemblés dans des cordons magnétiques. Le processus d'orientation des électrons prendra un certain temps et, une fois terminé, un faisceau magnétique apparaîtra à l'intérieur de la bobine avec le pôle nord dans notre direction, et à l'extérieur de la bobine, au contraire, le pôle nord sera loin de nous. Ainsi, nous avons prouvé la validité de la règle de la vis ou de la vrille, connue en électrotechnique, qui établit un lien entre la direction du courant et la direction du champ magnétique généré par celui-ci.

La force magnétique (tension) en chaque point du champ magnétique est déterminée par le changement de la vitesse de l'éther en ce point, c'est-à-dire la dérivée de la vitesse par rapport à la distance des spires de la bobine: Plus le changement de vitesse est prononcé, plus la tension est forte. Si nous corrélons la force magnétique de la bobine avec ses paramètres électriques et géométriques, elle dépend alors directement de la valeur du courant et d'une dépendance inverse du diamètre de la bobine. Plus le courant est grand et plus le diamètre est petit, plus plus de possibilités collecter les électrons dans des cordes d'un certain sens de rotation et plus la force magnétique de la bobine sera grande. Il a déjà été dit que l'intensité du champ magnétique peut être augmentée ou affaiblie par le milieu.

Processus de conversion d'électricité courant continu en magnétisme - ce n'est pas réversible : si un aimant est placé dans une bobine, aucun courant n'y apparaît. L'énergie du macrovortex existant autour de l'aimant est si petite qu'il est incapable de forcer les électrons à se déplacer le long des spires à la moindre résistance pour eux. Rappelons encore une fois que dans le processus inverse, le macrovortex de l'éther, agissant comme médiateur, n'orientait que les électrons, et rien de plus, c'est-à-dire qu'il contrôlait uniquement le champ magnétique, et l'intensité du champ était déterminée par le nombre de cordons magnétiques unidirectionnels.