> Líneas de campo magnético
Cómo determinar líneas de campo magnético: diagrama de la fuerza y direcciones de las líneas del campo magnético, utilizando una brújula para determinar polos magnéticos, dibujo.
Líneas de campo magnéticoútil para visualizar la fuerza y la dirección de un campo magnético.
Desafío de aprendizaje
- Relacione la fuerza del campo magnético con la densidad de las líneas del campo magnético.
Puntos clave
- La dirección del campo magnético muestra las flechas de la brújula tocando las líneas del campo magnético en cualquier punto especificado.
- La intensidad del campo B es inversamente proporcional a la distancia entre las líneas. También es exactamente proporcional al número de líneas por unidad de área. Una línea nunca se cruza con otra.
- El campo magnético es único en cada punto del espacio.
- Las líneas son ininterrumpidas y crean bucles cerrados.
- Las líneas van desde el polo norte al sur.
Condiciones
- Las líneas de campo magnético son una representación gráfica de la magnitud y dirección del campo magnético.
- El campo B es sinónimo de campo magnético.
Líneas de campo magnético
Se dice que cuando era niño, a Albert Einstein le encantaba mirar una brújula, reflexionando sobre cómo una aguja siente poder sin contacto físico directo. El pensamiento profundo y el interés serio llevaron al hecho de que el niño creció y creó su revolucionaria teoría de la relatividad.
Dado que las fuerzas magnéticas afectan las distancias, calculamos campos magnéticos para representar estas fuerzas. Trazar líneas es útil para visualizar la fuerza y la dirección de un campo magnético. El alargamiento de las líneas indica la orientación norte de la aguja de la brújula. Magnético se llama campo B.
(a) - Si se usa una pequeña brújula para comparar el campo magnético alrededor de una barra magnética, mostrará la dirección deseada de norte a sur. (b) - La adición de flechas crea líneas continuas de campo magnético. La fuerza es proporcional a la proximidad de las líneas. (c) - Si puede examinar el interior del imán, las líneas se mostrarán como bucles cerrados
No hay nada difícil en comparar el campo magnético de un objeto. Primero, calcule la fuerza y la dirección del campo magnético en varios lugares. Marque estos puntos con vectores que apunten en la dirección del campo magnético local con una magnitud proporcional a su fuerza. Puede combinar flechas para formar líneas de campo magnético. La dirección en cualquier punto aparecerá paralela a la dirección de las líneas de campo más cercanas, y la densidad local puede ser proporcional a la fuerza.
Lineas de fuerza campos magnéticos se asemejan al contorno en mapas topograficos, ya que muestran algo continuo. Se pueden formular muchas leyes del magnetismo utilizando conceptos simples, como el número de líneas de campo a través de la superficie.
La dirección de las líneas del campo magnético representada por la alineación de las limaduras de hierro sobre el papel colocado encima de la barra magnética.
Varios fenómenos afectan la visualización de líneas. Por ejemplo, las limaduras de hierro en una línea de campo magnético crean líneas que corresponden a las magnéticas. También se muestran visualmente en la aurora boreal.
Una pequeña brújula enviada al campo se alinea paralelamente a la línea del campo y el Polo Norte apunta a V.
Se pueden utilizar brújulas en miniatura para mostrar campos. (a) - El campo magnético de un bucle de corriente circular se parece a uno magnético. (b) - Un cable largo y recto forma un campo con líneas de campo magnético que crean bucles circulares. (c) - Cuando el alambre está en el plano del papel, el campo es perpendicular al papel. Tenga en cuenta qué caracteres se utilizan para el campo que apunta hacia adentro y hacia afuera
Un estudio detallado de los campos magnéticos ayudó a derivar una serie de reglas importantes:
- La dirección del campo magnético toca la línea del campo en cualquier punto del espacio.
- La intensidad del campo es proporcional a la proximidad de la línea. También es exactamente proporcional al número de líneas por unidad de área.
- Las líneas del campo magnético nunca chocan, lo que significa que en cualquier punto del espacio el campo magnético será único.
- Las líneas siguen siendo continuas y siguen del norte al polo sur.
La última regla se basa en el hecho de que los polos no se pueden dividir. Y es diferente a las lineas campo eléctrico, en el que el final y el comienzo están marcados por cargas positivas y negativas.
Hace unos dos mil quinientos años, la gente descubrió que algunos piedras naturales tienen la capacidad de atraer hierro hacia ellos mismos. Esta propiedad se explica por la presencia de un alma viviente en estas piedras, y una especie de "amor" por el hierro.
Hoy ya sabemos que estas piedras son imanes naturales, y el campo magnético, y en absoluto una disposición especial del hierro, crea estos efectos. Un campo magnético es un tipo especial de materia que es diferente de la materia y existe alrededor de cuerpos magnetizados.
Magnetos permanentes
Los imanes naturales o magnetitas no son muy magnéticos. Pero el hombre ha aprendido a crear imanes artificiales con una fuerza de campo magnético mucho mayor. Están hechos de aleaciones especiales y magnetizados por un campo magnético externo. Y luego puedes usarlos tú mismo.
Líneas de campo magnético
Cualquier imán tiene dos polos, se los llamó polos norte y sur. En los polos, la concentración del campo magnético es máxima. Pero entre los polos, el campo magnético tampoco está ubicado al azar, sino en forma de rayas o líneas. Se llaman líneas de campo magnético. Encontrarlos es bastante simple: simplemente coloque limaduras de hierro dispersas en un campo magnético y agítelas ligeramente. No se colocarán como desee, sino que formarán, por así decirlo, un patrón de líneas que comienzan en un polo y terminan en el otro. Estas líneas parecen salir de un polo y entrar en el otro.
Las limaduras de hierro en el campo de un imán están magnetizadas y colocadas a lo largo de las líneas magnéticas de fuerza. Así es como funciona la brújula. Nuestro planeta es un gran imán. La aguja de la brújula capta el campo magnético de la Tierra y, al girar, se ubica a lo largo de las líneas de fuerza, con un extremo apuntando al polo norte magnético y el otro al sur. Los polos magnéticos de la Tierra son ligeramente diferentes a los geográficos, pero cuando se aleja de los polos, realmente no importa, y puede considerar que son iguales.
Imanes variables
El campo de aplicación de los imanes en nuestro tiempo es extremadamente amplio. Se pueden encontrar dentro de motores eléctricos, teléfonos, parlantes y radios. Incluso en medicina, por ejemplo, cuando una persona ingiere una aguja u otro objeto de hierro, se puede extraer sin cirugía con una sonda magnética.
Cuando se conectan a dos conductores paralelos de corriente eléctrica, se atraerán o repelerán, dependiendo de la dirección (polaridad) de la corriente conectada. Esto se debe a la aparición de un tipo especial de materia alrededor de estos conductores. Esta materia se llama campo magnético (MF). La fuerza magnética es la fuerza con la que los conductores actúan entre sí.
La teoría del magnetismo se originó en la antigüedad, en la antigua civilización de Asia. En Magnesia, se encontró una raza especial en las montañas, cuyos trozos podían atraerse entre sí. Según el nombre del lugar, a esta raza se le llamó "imanes". La barra magnética contiene dos polos. En los polos, es propiedades magnéticas.
Un imán que cuelga de una cuerda mostrará los lados del horizonte con sus polos. Sus polos se girarán de norte a sur. El dispositivo de brújula funciona según este principio. Los polos opuestos de dos imanes se atraen y los polos iguales se repelen.
Los científicos han descubierto que una flecha magnetizada cerca de un conductor se desvía cuando pasa una corriente eléctrica a través de él. Esto sugiere que se forma un MP a su alrededor.
El campo magnético afecta:
Mover cargas eléctricas.
Sustancias llamadas ferroimanes: hierro, hierro fundido, sus aleaciones.
Los imanes permanentes son cuerpos que tienen un momento magnético común de partículas cargadas (electrones).
1 - Polo sur del imán
2 - Polo norte del imán
3 - MP con el ejemplo de limaduras metálicas
4 - Dirección del campo magnético
Las líneas de fuerza aparecen cuando un imán permanente se acerca a una hoja de papel sobre la que se vierte una capa de limaduras de hierro. La figura muestra claramente la ubicación de los polos con líneas de fuerza orientadas.
Fuentes de campo magnético
- Campo eléctrico variable en el tiempo.
- Cargos móviles.
- Magnetos permanentes.
Desde pequeños conocemos los imanes permanentes. Fueron utilizados como juguetes que atrajeron a varios partes de metal... Estaban unidos al refrigerador, estaban incrustados en varios juguetes.
Las cargas eléctricas que están en movimiento tienden a tener más energía magnética que los imanes permanentes.
Propiedades
- El principal contraste y la propiedad del campo magnético es la relatividad. Si dejas un cuerpo cargado inmóvil en un cierto marco de referencia y colocas una aguja magnética junto a él, apuntará hacia el norte y, al mismo tiempo, no "sentirá" un campo extraño, excepto el campo terrestre. Y si el cuerpo cargado comienza a moverse cerca de la flecha, aparecerá un MP alrededor del cuerpo. Como resultado, queda claro que el MF se forma solo cuando se mueve una determinada carga.
- El campo magnético puede influir e influir electricidad... Puede detectarse controlando el movimiento de electrones cargados. En un campo magnético, las partículas con carga se desviarán, los conductores con una corriente fluida se moverán. El marco con el suministro de corriente conectado comenzará a girar y los materiales magnetizados se moverán una cierta distancia. La flecha de la brújula suele estar coloreada en color azul... Es una tira de acero magnetizado. La brújula siempre está orientada al norte, ya que la Tierra tiene un MP. El planeta entero es como un gran imán con sus polos.
El campo magnético no es percibido por los órganos humanos y solo se puede registrar con dispositivos y sensores especiales. Puede ser variable y forma constante... Un campo alterno generalmente se crea mediante inductores especiales que funcionan a partir de corriente alterna... Un campo constante está formado por un campo eléctrico constante.
Reglas
Considere las reglas básicas para representar un campo magnético para varios conductores.
Regla de gimlet
La línea de fuerza se traza en un plano que se ubica en un ángulo de 90 ° con la trayectoria del movimiento de la corriente de tal manera que en cada punto la fuerza se dirige tangencialmente a la línea.
Para determinar la dirección de las fuerzas magnéticas, debe recordar la regla del cardán del lado derecho.
El taladro debe colocarse a lo largo del mismo eje con el vector actual, el mango debe girarse para que el taladro se mueva en la dirección de su dirección. En este caso, la orientación de las líneas se determina girando el mango del cardán.
Regla de cardán de anillo
El movimiento de traslación del cardán en el conductor, realizado en forma de anillo, muestra cómo se orienta la inducción, la rotación coincide con el flujo de corriente.
Las líneas de fuerza tienen su continuación dentro del imán y no pueden abrirse.
Los campos magnéticos de diferentes fuentes se resumen entre sí. Al hacerlo, crean un campo común.
Los imanes con los mismos polos se repelen y los que tienen diferentes polos se atraen. El valor de la fuerza de la interacción depende de la distancia entre ellos. A medida que se acercan los polos, la fuerza aumenta.
Parámetros de campo magnético
- Concatenación de hilos ( Ψ ).
- El vector de inducción magnética ( V).
- Flujo magnético ( F).
La intensidad del campo magnético se calcula por el tamaño del vector de inducción magnética, que depende de la fuerza F, y está formado por la corriente I a lo largo de un conductor que tiene una longitud l: B = F / (I * l).
La inducción magnética se mide en Tesla (T), en honor al científico que estudió los fenómenos del magnetismo y se dedicó a sus métodos de cálculo. 1 T es igual a la inducción del flujo magnético por la fuerza 1 N en longitud 1 m conductor recto en ángulo 90 0 a la dirección del campo, con una corriente de un amperio:
1 T = 1 x H / (A x metro).
Regla de la mano izquierda
La regla encuentra la dirección del vector de inducción magnética.
Si la palma de la mano izquierda se coloca en el campo de modo que las líneas del campo magnético ingresen a la palma desde el Polo Norte en 90 0, y 4 dedos se colocan a lo largo del flujo de corriente, pulgar mostrará la dirección de la fuerza magnética.
Si el conductor está en un ángulo diferente, entonces la fuerza dependerá directamente de la corriente y la proyección del conductor sobre un plano en ángulo recto.
La fuerza no depende del tipo de material conductor y su sección transversal. Si no hay conductor y las cargas se mueven en un medio diferente, la fuerza no cambiará.
Cuando la dirección del vector del campo magnético en una dirección de la misma magnitud, el campo se llama uniforme. Los diferentes entornos afectan el tamaño del vector de inducción.
Flujo magnético
La inducción magnética que pasa sobre un área determinada S y se limita a esta área es un flujo magnético.
Si el área tiene una pendiente en algún ángulo α con respecto a la línea de inducción, flujo magnético disminuye por el tamaño del coseno de este ángulo. Su mayor valor se forma cuando el área se ubica en ángulo recto con la inducción magnética:
F = B * S.
El flujo magnético se mide en una unidad como "Weber", que es igual al flujo de inducción por el valor 1 cucharada por área en 1 m 2.
Enlace de flujo
Este concepto se utiliza para crear valor total flujo magnético, que se crea a partir de varios conductores ubicados entre los polos magnéticos.
En el caso de que la misma corriente I fluye a través del devanado con el número de vueltas n, el flujo magnético total formado por todas las vueltas es enlace de flujo.
Enlace de flujo Ψ medido en webers, e igual a: Ψ = n * Ф.
Propiedades magnéticas
La permeabilidad determina cuánto el campo magnético en un entorno particular es más bajo o más alto que la inducción del campo en el vacío. Una sustancia se llama magnetizada si forma su propio campo magnético. Cuando una sustancia se coloca en un campo magnético, se magnetiza.
Los científicos han identificado la razón por la que los cuerpos adquieren propiedades magnéticas. Según la hipótesis de los científicos, en el interior de las sustancias existen corrientes eléctricas de magnitud microscópica. El electrón tiene su propio momento magnético, que tiene una naturaleza cuántica, se mueve a lo largo de una determinada órbita en los átomos. Son estas pequeñas corrientes las que determinan las propiedades magnéticas.
Si las corrientes se mueven al azar, los campos magnéticos causados por ellas se compensan automáticamente. El campo externo ordena las corrientes, por lo que se forma un campo magnético. Esta es la magnetización de la sustancia.
Se pueden clasificar varias sustancias según las propiedades de interacción con los campos magnéticos.
Se dividen en grupos:
Paramagnetos- Sustancias con propiedades de magnetización en la dirección del campo externo, con baja posibilidad de magnetismo. Tienen una fuerza de campo positiva. Estas sustancias incluyen cloruro férrico, manganeso, platino, etc.
Ferrimagnets- Sustancias con momentos magnéticos desequilibrados en dirección y valor. Se caracterizan por la presencia de antiferromagnetismo no compensado. La intensidad del campo y la temperatura afectan su susceptibilidad magnética (varios óxidos).
Ferromagnetos- Sustancias con mayor susceptibilidad positiva, según tensión y temperatura (cristales de cobalto, níquel, etc.).
Diamagnética- tener la propiedad de magnetización en la dirección opuesta del campo externo, es decir, un valor negativo de la susceptibilidad magnética, independiente de la fuerza. En ausencia de un campo, esta sustancia no tendrá propiedades magnéticas. Estas sustancias incluyen: plata, bismuto, nitrógeno, zinc, hidrógeno y otras sustancias.
Antiferromagnetos
- tener un momento magnético equilibrado, como resultado de lo cual se forma un bajo grado de magnetización de la sustancia. Cuando se calientan, experimentan una transición de fase de la sustancia, en la que surgen propiedades paramagnéticas. Cuando la temperatura desciende por debajo de cierto límite, tales propiedades no aparecerán (cromo, manganeso).
Los imanes considerados también se clasifican en dos categorías más:
Materiales magnéticos blandos
... Tienen una fuerza coercitiva baja. En campos magnéticos de baja potencia, pueden saturarse. Durante el proceso de inversión de magnetización, tienen pérdidas insignificantes. Como resultado, dichos materiales se utilizan para la producción de núcleos. aparatos eléctricos operando con voltaje alterno (, generador,).
Magnéticamente duro materiales. Tienen un valor aumentado de la fuerza coercitiva. Se requiere un fuerte campo magnético para volver a magnetizarlos. Estos materiales se utilizan en la producción de imanes permanentes.
Las propiedades magnéticas de diversas sustancias se utilizan en proyectos técnicos e invenciones.
Circuitos magneticos
La combinación de varias sustancias magnéticas se llama circuito magnético. Son semejanzas y están definidas por leyes matemáticas similares.
Sobre la base de circuitos magnéticos, aparatos eléctricos, inductancia. En un electroimán en funcionamiento, el flujo fluye a través de un circuito magnético hecho de un material ferromagnético y aire, que no es un ferromagnético. La combinación de estos componentes es un circuito magnético. Muchos dispositivos eléctricos contienen circuitos magnéticos en su diseño.
Temas del codificador USE: interacción de imanes, campo magnético de un conductor con corriente.
Las propiedades magnéticas de una sustancia son conocidas desde hace mucho tiempo. Los imanes recibieron su nombre de la antigua ciudad de Magnesia: un mineral (más tarde llamado mineral de hierro magnético o magnetita) se distribuyó en sus alrededores, piezas del cual atrajeron objetos de hierro.
Interacción de imanes
A ambos lados de cada imán hay Polo Norte y Polo Sur ... Dos imanes son atraídos entre sí por polos opuestos y repelidos por los mismos. ¡Los imanes pueden actuar entre sí incluso a través del vacío! Todo esto se asemeja a la interacción de cargas eléctricas, sin embargo la interacción de los imanes no es eléctrica... Esto se evidencia en los siguientes hechos experimentales.
La fuerza magnética se debilita cuando se calienta el imán. La fuerza de interacción de las cargas puntuales no depende de su temperatura.
La fuerza magnética se debilita al agitar el imán. Nada de eso sucede con los cuerpos cargados eléctricamente.
Las cargas eléctricas positivas se pueden separar de las negativas (por ejemplo, al electrificar cuerpos). Pero dividir los polos del imán no funciona: si corta el imán en dos partes, también aparecen polos en el corte, y el imán se divide en dos imanes con polos opuestos en los extremos (orientados de la misma manera que los polos). del imán original).
Entonces los imanes siempre bipolar, existen solo en la forma dipolos... Polos magnéticos aislados (llamados monopolos magnéticos- análogos carga eléctrica) no existe en la naturaleza (en cualquier caso, aún no se han descubierto experimentalmente). Esta es quizás la asimetría más impresionante entre electricidad y magnetismo.
Al igual que los cuerpos cargados eléctricamente, los imanes actúan sobre cargas eléctricas. Sin embargo, el imán solo actúa sobre Moviente cargo; si la carga está en reposo con respecto al imán, entonces no se observa el efecto de la fuerza magnética sobre la carga. Por el contrario, un cuerpo electrificado actúa sobre cualquier carga, independientemente de si está en reposo o en movimiento.
Por ideas modernas la teoría de la acción de corto alcance, la interacción de los imanes se lleva a cabo por campo magnético Es decir, un imán crea un campo magnético en el espacio circundante, que actúa sobre otro imán y provoca una atracción o repulsión visible de estos imanes.
Un ejemplo de imán es aguja magnética Brújula. Con la flecha magnética, puede juzgar la presencia de un campo magnético en un área determinada del espacio, así como la dirección del campo.
Nuestro planeta Tierra es un imán gigante. No muy lejos del polo geográfico norte de la Tierra se encuentra el polo magnético sur. Por lo tanto, el extremo norte de la aguja de la brújula, que gira hacia el polo magnético sur de la Tierra, apunta al norte geográfico. De ahí, de hecho, surgió el nombre de "polo norte" del imán.
Líneas de campo magnético
El campo eléctrico, recordamos, se investiga con la ayuda de pequeñas cargas de prueba, mediante la acción sobre la que se puede juzgar la magnitud y la dirección del campo. El análogo de una carga de prueba en el caso de un campo magnético es una pequeña aguja magnética.
Por ejemplo, puede hacerse una idea geométrica del campo magnético colocando flechas de brújula muy pequeñas en diferentes puntos del espacio. La experiencia muestra que las flechas se alinearán a lo largo de ciertas líneas, las llamadas líneas de campo magnético... Daremos la definición de este concepto en forma de los siguientes tres puntos.
1. Las líneas de campo magnético, o líneas magnéticas de fuerza, son líneas dirigidas en el espacio que tienen la siguiente propiedad: una pequeña flecha de brújula colocada en cada punto de dicha línea está orientada tangencialmente a esta línea.
2. La dirección de la línea del campo magnético es la dirección de los extremos norte de las flechas de la brújula ubicadas en los puntos de esta línea..
3. Cuanto más densas son las líneas, más fuerte es el campo magnético en un área determinada del espacio..
Las limaduras de hierro pueden desempeñar con éxito el papel de las flechas de la brújula: en un campo magnético, el aserrín pequeño se magnetiza y se comporta exactamente como flechas magnéticas.
Entonces, después de haber vertido limaduras de hierro alrededor de un imán permanente, veremos aproximadamente la siguiente imagen de las líneas del campo magnético (Fig. 1).
Arroz. 1. Campo de un imán permanente
El polo norte del imán se indica en azul y una letra; el polo sur - en rojo y una letra. Tenga en cuenta que las líneas de campo salen del polo norte del imán y entran en el polo sur: después de todo, es hacia el polo sur del imán donde se dirigirá el extremo norte de la aguja de la brújula.
La experiencia de Oersted
A pesar de que las personas conocen los fenómenos eléctricos y magnéticos desde la antigüedad, no existe relación entre ellos. por mucho tiempo no fue observado. Durante varios siglos, la investigación sobre la electricidad y el magnetismo se llevó a cabo de forma paralela e independiente entre sí.
El hecho notable de que los fenómenos eléctricos y magnéticos están realmente relacionados entre sí se descubrió por primera vez en 1820, en el famoso experimento de Oersted.
El esquema del experimento de Oersted se muestra en la Fig. 2 (imagen del sitio rt.mipt.ru). Por encima de la aguja magnética (y son los polos norte y sur de la flecha) hay un conductor metálico conectado a una fuente de corriente. Si cierra el circuito, ¡la flecha se vuelve perpendicular al conductor!
Esta simple experiencia señaló directamente la relación entre la electricidad y el magnetismo. Los experimentos que siguieron al experimento de Oersted establecieron firmemente el siguiente patrón: el campo magnético es generado por corrientes eléctricas y actúa sobre corrientes.
Arroz. 2. La experiencia de Oersted
El patrón de las líneas del campo magnético generado por un conductor con corriente depende de la forma del conductor.
Campo magnético de un cable recto con corriente.
Las líneas del campo magnético de un cable recto con corriente son círculos concéntricos. Los centros de estos círculos se encuentran en el cable y sus planos son perpendiculares al cable (Fig. 3).
Arroz. 3. Campo de un cable recto con corriente
Hay dos reglas alternativas para determinar la dirección de las líneas de campo magnético de corriente directa.
Regla de las agujas del reloj. Las líneas de campo van en sentido antihorario cuando se ven para que la corriente fluya hacia nosotros..
Regla de tornillo(o regla de gimlet, o regla del sacacorchos- eso está más cerca de alguien ;-)). Las líneas del campo van donde necesita girar el tornillo (con una rosca normal a la derecha) para que se mueva a lo largo de la rosca en la dirección de la corriente..
Utilice la regla que más le guste. Es mejor acostumbrarse a la regla de la manecilla de las horas: usted mismo verá más adelante que es más universal y más fácil de usar (y luego, con gratitud, recuérdelo en su primer año cuando estudie geometría analítica).
En la Fig. 3, también ha aparecido algo nuevo: este es un vector llamado inducción magnética, o inducción magnética... El vector de inducción magnética es un análogo del vector de intensidad de campo eléctrico: sirve característica de potencia campo magnético, determinando la fuerza con la que el campo magnético actúa sobre cargas en movimiento.
Hablaremos de las fuerzas en un campo magnético más adelante, pero por ahora solo notaremos que la magnitud y dirección del campo magnético está determinada por el vector de inducción magnética. En cada punto del espacio, el vector se dirige en la misma dirección que el extremo norte de la flecha de la brújula colocada en este punto, es decir, tangencialmente a la línea de campo en la dirección de esta línea. La inducción magnética se mide en teslah(T).
Como en el caso de un campo eléctrico, la inducción magnética es principio de superposición... Radica en el hecho de que las inducciones de campos magnéticos creados en un punto dado por varias corrientes se suman vectorialmente y dan el vector resultante de inducción magnética:.
Campo magnético de un lazo con corriente.
Considere un bucle circular a través del cual circula una corriente continua. La fuente que crea la corriente no se muestra en la figura.
El patrón de las líneas de campo de nuestro bucle se verá aproximadamente de la siguiente manera (Fig. 4).
Arroz. 4. Campo del bucle con corriente
Será importante para nosotros poder determinar en qué medio espacio (con respecto al plano del bucle) se dirige el campo magnético. Nuevamente, tenemos dos reglas alternativas.
Regla de las agujas del reloj. Las líneas de campo van donde la corriente parece estar circulando en sentido antihorario.
Regla de tornillo. Las líneas de campo van donde el tornillo (con una rosca normal a la derecha) se moverá si lo gira en la dirección de la corriente..
Como puede ver, la corriente y el campo se invierten en comparación con las formulaciones de estas reglas para el caso de la corriente continua.
Campo magnético de la bobina con corriente.
Bobina resultará, si está apretado, girar a girar, enrollar el cable en una espiral suficientemente larga (Fig. 5 - imagen del sitio en.wikipedia.org). Puede haber varias decenas, cientos o incluso miles de vueltas en una bobina. La bobina también se llama solenoide.
Arroz. 5. Bobina (solenoide)
El campo magnético de una vuelta, como sabemos, no parece muy simple. ¿Campos? las vueltas individuales de la bobina se superponen entre sí y, al parecer, el resultado debería ser una imagen muy confusa. Sin embargo, este no es el caso: el campo de una bobina larga se ha estructura simple(figura 6).
Arroz. 6.Campo de bobina con corriente
En esta figura, la corriente en la bobina va en sentido antihorario cuando se ve desde la izquierda (este será el caso si en la Fig. 5 el extremo derecho de la bobina está conectado al "más" de la fuente de corriente, y el extremo izquierdo a el "menos"). Vemos que el campo magnético de la bobina tiene dos propiedades características.
1. Dentro de la bobina, lejos de sus bordes, el campo magnético es homogéneo: en cada punto, el vector de inducción magnética es el mismo en magnitud y dirección. Las líneas de campo son líneas rectas paralelas; solo se doblan cerca de los bordes de la bobina cuando salen.
2. Fuera de la bobina, el campo es cercano a cero. Cuantas más vueltas tenga la bobina, más débil será el campo exterior.
Tenga en cuenta que una bobina infinitamente larga no emite ningún campo: no hay campo magnético fuera de la bobina. Dentro de tal bobina, el campo es uniforme en todas partes.
¿No se parece a nada? La bobina es un análogo "magnético" de un condensador. Recuerde que un condensador crea un homogéneo campo eléctrico, cuyas líneas están dobladas solo cerca de los bordes de las placas, y fuera del capacitor el campo es cercano a cero; un condensador con placas infinitas no libera el campo exterior en absoluto, y el campo es uniforme en todas partes dentro de él.
Y ahora, la observación principal. Compare la imagen de las líneas del campo magnético fuera de la bobina (Fig.6) con las líneas del campo magnético en la Fig. una . Lo mismo, ¿no? Y ahora llegamos a una pregunta que probablemente surgió en su mente hace mucho tiempo: si un campo magnético es generado por corrientes y actúa sobre corrientes, entonces ¿cuál es la razón de la aparición de un campo magnético cerca de un imán permanente? Después de todo, ¡este imán no parece ser un conductor con corriente!
Hipótesis de Ampere. Corrientes elementales
Al principio, se pensó que la interacción de los imanes se debía a cargas magnéticas especiales concentradas en los polos. Pero, a diferencia de la electricidad, nadie podía aislar la carga magnética; después de todo, como ya dijimos, no fue posible obtener por separado los polos norte y sur del imán; los polos siempre están presentes en el imán en pares.
Dudas sobre cargas magnéticas Agravó la experiencia de Oersted cuando resultó que el campo magnético es generado por una corriente eléctrica. Además, resultó que para cualquier imán es posible seleccionar un conductor con una corriente de la configuración adecuada, de modo que el campo de este conductor coincida con el campo del imán.
Ampere presentó una hipótesis audaz. No hay cargas magnéticas. La acción de un imán se explica por las corrientes eléctricas cerradas en su interior..
¿Cuáles son estas corrientes? Estos corrientes elementales circular dentro de átomos y moléculas; están asociados con el movimiento de electrones en órbitas atómicas. El campo magnético de cualquier cuerpo está formado por los campos magnéticos de estas corrientes elementales.
Las corrientes elementales se pueden ubicar aleatoriamente entre sí. Entonces sus campos se extinguen mutuamente y el cuerpo no exhibe propiedades magnéticas.
Pero si las corrientes elementales están dispuestas en concierto, entonces sus campos, sumados, se refuerzan mutuamente. El cuerpo se convierte en un imán (Fig. 7; el campo magnético se dirigirá hacia nosotros; el polo norte del imán también se dirigirá hacia nosotros).
Arroz. 7. Corrientes elementales del imán
La hipótesis de Ampere de las corrientes elementales aclaró las propiedades de los imanes: calentar y agitar un imán destruye el orden de sus corrientes elementales y las propiedades magnéticas se debilitan. La inseparabilidad de los polos del imán se hizo evidente: en el lugar del corte del imán, obtenemos las mismas corrientes elementales en los extremos. La capacidad de un cuerpo para magnetizarse en un campo magnético se explica por la alineación coordinada de las corrientes elementales, "girando" correctamente (lea sobre la rotación de la corriente circular en un campo magnético en el siguiente folleto).
La hipótesis de Ampere resultó ser correcta: esto mostró un mayor desarrollo de la física. El concepto de corrientes elementales se convirtió en una parte integral de la teoría del átomo, desarrollada ya en el siglo XX, casi cien años después de la ingeniosa suposición de Ampere.
Ya en el siglo VI. ANTES DE CRISTO. en China, se sabía que algunos minerales tienen la capacidad de atraerse entre sí y de atraer objetos de hierro. Se encontraron trozos de tales minerales cerca de la ciudad de Magnesia en Asia Menor, razón por la cual recibieron el nombre imanes.
¿Cómo interactúan el imán y los objetos de hierro? Recordemos por qué se atraen los cuerpos electrificados. Porque cerca de una carga eléctrica, se forma una forma peculiar de materia: un campo eléctrico. Existe una forma similar de materia alrededor del imán, pero tiene una naturaleza de origen diferente (después de todo, el mineral es eléctricamente neutro), se llama campo magnético.
Se utilizan imanes rectos o en herradura para estudiar el campo magnético. Ciertos lugares del imán tienen el mayor efecto de atracción, se llaman postes(norte y sur)... Como los polos magnéticos se atraen, mientras que los polos magnéticos del mismo nombre se repelen.
Para la característica de fuerza del campo magnético, utilice vector de inducción magnética B... El campo magnético se representa gráficamente usando líneas de fuerza ( líneas de inducción magnética). Las líneas están cerradas, no tienen principio ni fin. El lugar del que emergen lineas magneticas- Polo Norte (Norte), las líneas magnéticas entran en el Polo Sur (Sur).
El campo magnético se puede hacer "visible" con limaduras de hierro.
Campo magnético de un conductor con corriente.
Y ahora sobre lo que encontraron Hans Christian Oersted y André Marie Ampere en 1820. Resulta que existe un campo magnético no solo alrededor de un imán, sino también alrededor de cualquier conductor con corriente. ¡Cualquier cable, por ejemplo, el cable de una lámpara, a través del cual fluye una corriente eléctrica, es un imán! Un cable con corriente interactúa con un imán (intente llevarle una brújula), dos cables con corriente interactúan entre sí.
Las líneas de campo magnético de corriente directa son círculos alrededor de un conductor.
Dirección del vector de inducción magnética
La dirección del campo magnético en un punto dado se puede definir como la dirección que indica el polo norte de la aguja de una brújula colocada en ese punto.
La dirección de las líneas de inducción magnética depende de la dirección de la corriente en el conductor.
La dirección del vector de inducción está determinada por la regla cardán o regla mano derecha.
Vector de inducción magnética
Esta es una cantidad vectorial que caracteriza la acción de fuerza del campo.
Inducción magnética de un conductor rectilíneo infinito con una corriente a una distancia r de él:
Inducción de campo magnético en el centro de una delgada vuelta circular de radio r:
Inducción de campo magnético solenoide(una bobina, cuyas vueltas se desvían secuencialmente por la corriente en una dirección):
Principio de superposición
Si el campo magnético en un punto dado en el espacio es creado por varias fuentes del campo, entonces la inducción magnética es la suma vectorial de las inducciones de cada uno de los campos por separado.
La Tierra no solo es una gran carga negativa y una fuente de campo eléctrico, sino que al mismo tiempo el campo magnético de nuestro planeta es similar al campo de un gigantesco imán directo.
Geographic South está cerca de Magnetic North y Geographic North está cerca de Magnetic South. Si la brújula se coloca en el campo magnético terrestre, entonces su flecha norte está orientada a lo largo de las líneas de inducción magnética en la dirección del polo magnético sur, es decir, nos mostrará dónde está el norte geográfico.
Elementos característicos magnetismo terrestre cambian muy lentamente con el tiempo - cambios seculares... Sin embargo, de vez en cuando tormentas magnéticas cuando el campo magnético de la Tierra se distorsiona fuertemente durante varias horas, y luego regresa gradualmente a sus valores anteriores. Este cambio dramático afecta el bienestar de las personas.
El campo magnético de la Tierra es un "escudo" que protege nuestro planeta de las partículas que penetran desde el espacio ("viento solar"). Cerca de los polos magnéticos, los flujos de partículas se acercan mucho más a la superficie de la Tierra. Con poderosa erupciones solares la magnetosfera se deforma y estas partículas pueden migrar a la atmósfera superior, donde chocan con moléculas de gas para formar auroras.
Las partículas de dióxido de hierro en una cinta magnética están bien magnetizadas durante el proceso de grabación.
Los trenes de levitación magnética se deslizan sobre la superficie sin absolutamente ninguna fricción. El tren es capaz de alcanzar velocidades de 650 km / h.
El trabajo del cerebro, la pulsación del corazón se acompaña de impulsos eléctricos. En este caso, surge un campo magnético débil en los órganos.