> Linjat e fushës magnetike
Si të përcaktohet linjat e fushës magnetike: diagrami i fuqisë dhe drejtimeve të vijave të fushës magnetike, duke përdorur një busull për të përcaktuar polet magnetike, vizatim.
Linjat e fushës magnetike e dobishme për vizualizimin e forcës dhe drejtimit të një fushe magnetike.
Sfida e të mësuarit
- Lidhni fuqinë e fushës magnetike me dendësinë e vijave të fushës magnetike.
Pikat kryesore
- Drejtimi i fushës magnetike tregon shigjetat e busullës që prekin linjat e fushës magnetike në çdo pikë të caktuar.
- Forca e fushës B është në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën ndërmjet vijave. Është gjithashtu saktësisht proporcionale me numrin e linjave për njësi sipërfaqe. Një vijë nuk e kalon kurrë tjetrën.
- Fusha magnetike është unike në çdo pikë të hapësirës.
- Linjat janë të pandërprera dhe krijojnë sythe të mbyllura.
- Linjat shkojnë nga veriu në polin jugor.
Kushtet
- Linjat e fushës magnetike janë një paraqitje grafike e madhësisë dhe drejtimit të fushës magnetike.
- Fusha B është sinonim i fushës magnetike.
Linjat e fushës magnetike
Thuhet se si fëmijë, Albert Ajnshtajnit i pëlqente të shikonte në një busull, duke reflektuar se si një gjilpërë ndjen fuqi pa kontakt të drejtpërdrejtë fizik. Mendimi i thellë dhe interesi serioz çuan në faktin se fëmija u rrit dhe krijoi teorinë e tij revolucionare të relativitetit.
Meqenëse forcat magnetike ndikojnë në distanca, ne llogarisim fushat magnetike për të përfaqësuar këto forca. Vizatimi i linjave është i dobishëm për vizualizimin e forcës dhe drejtimit të një fushe magnetike. Zgjatimi i vijave tregon orientimin verior të gjilpërës së busullës. Magnetike quhet fusha B.
(a) - Nëse përdoret një busull i vogël për të krahasuar fushën magnetike rreth magnetit të shiritit, ai do të tregojë drejtimin e duhur nga veriu në jug. (b) - Shtimi i shigjetave krijon vija të vazhdueshme të fushës magnetike. Forca është proporcionale me afërsinë e linjave. (c) - Nëse mund të ekzaminoni brendësinë e magnetit, atëherë linjat do të shfaqen si sythe të mbyllura
Nuk ka asgjë të vështirë në krahasimin e fushës magnetike të një objekti. Së pari, llogaritni forcën dhe drejtimin e fushës magnetike në disa vende. Shënoni këto pika me vektorë që tregojnë drejtimin e fushës magnetike lokale me një madhësi proporcionale me forcën e saj. Ju mund të kombinoni shigjetat për të formuar linja të fushës magnetike. Drejtimi në çdo pikë do të shfaqet paralel me drejtimin e vijave më të afërta të fushës, dhe dendësia lokale mund të jetë proporcionale me forcën.
Linjat e forcës fushat magnetike i ngjajnë konturit hartat topografike, pasi ato tregojnë diçka të vazhdueshme. Shumë ligje të magnetizmit mund të formulohen duke përdorur koncepte të thjeshta, si numri i vijave të fushës nëpër sipërfaqe.
Drejtimi i linjave të fushës magnetike të përfaqësuar nga rreshtimi i tallash hekuri në letër të pozicionuar mbi magnetin e shiritit
Dukuritë e ndryshme ndikojnë në shfaqjen e linjave. Për shembull, tallash hekuri në një linjë të fushës magnetike krijojnë linja që korrespondojnë me ato magnetike. Ato shfaqen gjithashtu vizualisht në aurora borealis.
Një busull i vogël i dërguar në fushë është rreshtuar paralelisht me vijën e fushës dhe Poli i Veriut tregon në V.
Busullat miniaturë mund të përdoren për të treguar fushat. (a) - Fusha magnetike e një laku rrethor të rrymës ngjan me një fushë magnetike. (b) - Një tel i gjatë dhe i drejtë formon një fushë me vija të fushës magnetike duke krijuar sythe rrethore. (c) - Kur teli është në rrafshin e letrës, fusha është pingul me letrën. Vini re se cilat karaktere përdoren për fushën me drejtim nga brenda dhe nga jashtë
Një studim i hollësishëm i fushave magnetike ndihmoi në nxjerrjen e një numri rregullash të rëndësishme:
- Drejtimi i fushës magnetike prek vijën e fushës në çdo pikë të hapësirës.
- Fuqia e fushës është proporcionale me afërsinë e vijës. Është gjithashtu saktësisht proporcionale me numrin e linjave për njësi sipërfaqe.
- Linjat e fushës magnetike nuk përplasen kurrë, që do të thotë se në çdo pikë të hapësirës fusha magnetike do të jetë unike.
- Linjat mbeten të vazhdueshme dhe vijojnë nga veriu në polin jugor.
Rregulli i fundit bazohet në faktin se shtyllat nuk mund të ndahen. Dhe është ndryshe nga linjat fushe elektrike, në të cilin fundi dhe fillimi shënohen me ngarkesa pozitive dhe negative.
Rreth dy mijë e gjysmë vjet më parë, njerëzit zbuluan se disa gurë natyralë kanë aftësinë për të tërhequr hekurin në vetvete. Kjo veti shpjegohej me praninë e një shpirti të gjallë në këta gurë dhe një lloj "dashurie" për hekurin.
Sot ne tashmë e dimë se këta gurë janë magnet natyral, dhe fusha magnetike, dhe aspak një prirje e veçantë ndaj hekurit, i krijon këto efekte. Një fushë magnetike është një lloj i veçantë i materies që është i ndryshëm nga lënda dhe ekziston rreth trupave të magnetizuar.
Magnet të përhershëm
Magnetët natyrorë, ose magnetitët, nuk janë shumë magnetikë. Por njeriu ka mësuar të krijojë magnet artificialë me një forcë shumë më të madhe të fushës magnetike. Ato janë bërë nga lidhje speciale dhe magnetizohen nga një fushë magnetike e jashtme. Dhe pastaj ju mund t'i përdorni ato vetë.
Linjat e fushës magnetike
Çdo magnet ka dy pole, ata quheshin polet e veriut dhe të jugut. Në pole, përqendrimi i fushës magnetike është maksimal. Por midis poleve, fusha magnetike gjithashtu nuk është e vendosur rastësisht, por në formën e vijave ose vijave. Ato quhen linja të fushës magnetike. Gjetja e tyre është mjaft e thjeshtë - mjafton të vendosësh tallash hekuri të shpërndara në një fushë magnetike dhe t'i shkundësh pak. Ata nuk do të pozicionohen ashtu siç dëshironi, por do të formojnë, si të thuash, një model vijash që fillojnë nga njëri pol dhe mbarojnë në tjetrin. Këto rreshta duket se dalin nga një pol dhe hyjnë në tjetrin.
Mbështjelljet e hekurit në fushën e një magneti vetë magnetizohen dhe vendosen përgjatë vijave magnetike të forcës. Kështu funksionon busulla. Planeti ynë është një magnet i madh. Gjilpëra e busullës kap fushën magnetike të Tokës dhe, duke u kthyer, është e vendosur përgjatë vijave të forcës, me një skaj të drejtuar nga poli magnetik verior, tjetri në jug. Polet magnetike të Tokës janë paksa të ndryshëm nga ato gjeografike, por kur largoheni nga polet, kjo nuk ka shumë rëndësi dhe mund t'i konsideroni të njëjtat.
Magnet të ndryshueshëm
Fusha e aplikimit të magneteve në kohën tonë është jashtëzakonisht e gjerë. Ato mund të gjenden brenda motorëve elektrikë, telefonave, altoparlantëve dhe radiove. Edhe në mjekësi, për shembull, kur një person gëlltit një gjilpërë ose objekt tjetër hekuri, mund të hiqet pa operacion me një sondë magnetike.
Kur lidhen me dy përcjellës paralelë të rrymës elektrike, ata do të tërheqin ose zmbrapsen, në varësi të drejtimit (polaritetit) të rrymës së lidhur. Kjo është për shkak të shfaqjes së një lloji të veçantë të lëndës rreth këtyre përcjellësve. Kjo lëndë quhet fushë magnetike (MF). Forca magnetike është forca me të cilën përçuesit veprojnë mbi njëri-tjetrin.
Teoria e magnetizmit e ka origjinën në antikitet, në qytetërimin e lashtë të Azisë. Në Magnezi, një racë e veçantë u gjet në male, pjesë të së cilës mund të tërhiqeshin nga njëra-tjetra. Sipas emrit të vendit, kjo racë quhej "magnet". Magneti i shiritit përmban dy pole. Në pole, është vetitë magnetike.
Një magnet i varur në një varg do të tregojë anët e horizontit me polet e tij. Polet e saj do të kthehen në veri dhe jug. Pajisja e busullës funksionon në këtë parim. Polet e kundërta të dy magneteve tërhiqen dhe polet e ngjashme zmbrapsen.
Shkencëtarët kanë zbuluar se një shigjetë e magnetizuar pranë një përcjellësi devijon kur një rrymë elektrike kalon nëpër të. Kjo sugjeron që rreth tij është formuar një deputet.
Fusha magnetike ndikon:
Lëvizja e ngarkesave elektrike.
Substancat e quajtura feromagnet: hekuri, giza, lidhjet e tyre.
Magnetët e përhershëm janë trupa që kanë një moment të përbashkët magnetik të grimcave të ngarkuara (elektroneve).
1 - Poli jugor i magnetit
2 - Poli verior i magnetit
3 - MP me shembullin e tallasheve metalike
4 - Drejtimi i fushës magnetike
Linjat e forcës shfaqen kur një magnet i përhershëm i afrohet një fletë letre, mbi të cilën derdhet një shtresë tallash hekuri. Figura tregon qartë vendndodhjen e poleve me linja të orientuara të forcës.
Burimet e fushës magnetike
- Fusha elektrike e ndryshueshme në kohë.
- Tarifat celulare.
- Magnet të përhershëm.
Që nga fëmijëria, ne kemi njohur magnet të përhershëm. Ato përdoreshin si lodra që tërhiqnin të ndryshme pjesë metalike... Ata ishin ngjitur në frigorifer, ato ishin të ngulitura në lodra të ndryshme.
Ngarkesat elektrike që janë në lëvizje priren të kenë më shumë energji magnetike sesa magnetët e përhershëm.
Vetitë
- Kryesor shenjë dalluese dhe vetia e fushës magnetike është relativiteti. Nëse lini një trup të ngarkuar të palëvizur në një kornizë të caktuar referimi dhe vendosni një gjilpërë magnetike pranë tij, ai do të tregojë në veri dhe në të njëjtën kohë nuk do të "ndiejë" një fushë të jashtme, përveç fushës së tokës. Dhe nëse trupi i ngarkuar fillon të lëvizë pranë shigjetës, atëherë një deputet do të shfaqet rreth trupit. Si rezultat, bëhet e qartë se MF formohet vetëm kur lëviz një ngarkesë e caktuar.
- Fusha magnetike është në gjendje të ndikojë dhe të ndikojë elektricitet... Mund të zbulohet duke monitoruar lëvizjen e elektroneve të ngarkuar. Në një fushë magnetike, grimcat me ngarkesë do të devijojnë, përçuesit me një rrymë rrjedhëse do të lëvizin. Korniza me furnizimin aktual të lidhur do të fillojë të rrotullohet dhe materialet e magnetizuara do të lëvizin në një distancë të caktuar. Shigjeta e busullës është më shpesh e ngjyrosur ngjyre blu... Është një shirit prej çeliku të magnetizuar. Busulla është gjithmonë e orientuar nga veriu, pasi Toka ka një deputet. I gjithë planeti është si një magnet i madh me polet e tij.
Fusha magnetike nuk perceptohet nga organet e njeriut dhe mund të regjistrohet vetëm me pajisje dhe sensorë të veçantë. Mund të jetë e ndryshueshme dhe formë konstante... Një fushë alternative krijohet zakonisht nga induktorë të veçantë që funksionojnë nga rrymë alternative... Një fushë konstante formohet nga një fushë elektrike konstante.
Rregullat
Konsideroni rregullat themelore për paraqitjen e një fushe magnetike për përcjellës të ndryshëm.
Rregulli i Gimletit
Vija e forcës vizatohet në një rrafsh që ndodhet në një kënd prej 90 0 me rrugën e lëvizjes së rrymës në mënyrë të tillë që në çdo pikë forca të drejtohet tangjencialisht në vijë.
Për të përcaktuar drejtimin e forcave magnetike, duhet të mbani mend rregullin e gjimbalit të dorës së djathtë.
Stërvitja duhet të vendoset përgjatë të njëjtit bosht me vektorin aktual, doreza duhet të rrotullohet në mënyrë që stërvitja të lëvizë në drejtimin e saj. Në këtë rast, orientimi i linjave përcaktohet duke rrotulluar dorezën e gimbalit.
Rregulli i unazës
Lëvizja përkthimore e gimbalit në përcjellës, e bërë në formën e një unaze, tregon se si orientohet induksioni, rrotullimi përkon me rrjedhën aktuale.
Linjat e forcës kanë vazhdimin e tyre brenda magnetit dhe nuk mund të jenë të hapura.
Fushat magnetike të burimeve të ndryshme përmblidhen me njëra-tjetrën. Duke vepruar kështu, ata krijojnë një fushë të përbashkët.
Magnetët me pole të njëjtë sprapsin, dhe ata me të ndryshëm tërheqin. Vlera e fuqisë së ndërveprimit varet nga distanca midis tyre. Ndërsa polet afrohen, forca rritet.
Parametrat e fushës magnetike
- Lidhja e fijeve ( Ψ ).
- Vektori i induksionit magnetik ( V).
- Fluksi magnetik ( F).
Intensiteti i fushës magnetike llogaritet nga madhësia e vektorit të induksionit magnetik, i cili varet nga forca F, dhe formohet nga rryma I përgjatë një përcjellësi që ka një gjatësi l: B = F / (I * l).
Induksioni magnetik matet në Tesla (T), për nder të shkencëtarit që studioi fenomenet e magnetizmit dhe u angazhua në metodat e llogaritjes së tyre. 1 T është e barabartë me induksionin e fluksit magnetik nga forca 1 N gjerësisht 1 m përcjellës i drejtë në një kënd 90 0 në drejtimin e fushës, me një rrymë prej një amperi:
1 T = 1 x H / (A x m).
Rregulli i dorës së majtë
Rregulli gjen drejtimin e vektorit të induksionit magnetik.
Nëse pëllëmba e dorës së majtë vendoset në fushë në mënyrë që linjat e fushës magnetike të hyjnë në pëllëmbë nga Poli i Veriut në 90 0, dhe 4 gishta vendosen përgjatë rrjedhës së rrymës, gishtin e madh do të tregojë drejtimin e forcës magnetike.
Nëse përcjellësi është në një kënd tjetër, atëherë forca do të varet drejtpërdrejt nga rryma dhe projeksioni i përcjellësit në një plan në kënde të drejta.
Forca nuk varet nga lloji i materialit përcjellës dhe seksioni i tij kryq. Nëse nuk ka përcjellës, dhe ngarkesat lëvizin në një medium tjetër, atëherë forca nuk do të ndryshojë.
Kur drejtimi i vektorit të fushës magnetike në një drejtim të së njëjtës madhësi, fusha quhet uniforme. Mjedise të ndryshme ndikojnë në madhësinë e vektorit të induksionit.
Fluksi magnetik
Induksioni magnetik që kalon në një zonë të caktuar S dhe i kufizuar në këtë zonë është një fluks magnetik.
Nëse zona ka një pjerrësi në një kënd α ndaj vijës së induksionit, fluksi magnetik zvogëlohet me madhësinë e kosinusit të këtij këndi. Vlera e saj më e madhe formohet kur zona është e vendosur në një kënd të drejtë me induksionin magnetik:
F = B * S.
Fluksi magnetik matet në një njësi si p.sh "Weber", e cila është e barabartë me rrjedhën e induksionit nga vlera 1 T sipas zonës në 1 m 2.
Lidhja e fluksit
Ky koncept përdoret për të krijuar vlera e përgjithshme fluksi magnetik, i cili krijohet nga një numër përcjellësish të vendosura ndërmjet poleve magnetike.
Në rastin kur e njëjta rrymë Unë rrjedh nëpër dredha-dredha me numrin e kthesave n, fluksi total magnetik i formuar nga të gjitha kthesat është lidhje fluksi.
Lidhja e fluksit Ψ e matur në webers dhe e barabartë me: Ψ = n * Ф.
Vetitë magnetike
Përshkueshmëria përcakton se sa fusha magnetike në një mjedis të caktuar është më e ulët ose më e lartë se induksioni i fushës në një vakum. Një substancë quhet e magnetizuar nëse formon fushën e saj magnetike. Kur një substancë vendoset në një fushë magnetike, ajo magnetizohet.
Shkencëtarët kanë identifikuar arsyen pse trupat marrin veti magnetike. Sipas hipotezës së shkencëtarëve, brenda substancave ka rryma elektrike me përmasa mikroskopike. Elektroni ka momentin e tij magnetik, i cili ka një natyrë kuantike, lëviz përgjatë një orbite të caktuar në atome. Janë këto rryma të vogla që përcaktojnë vetitë magnetike.
Nëse rrymat lëvizin rastësisht, atëherë fushat magnetike të shkaktuara prej tyre janë vetëkompensuese. Fusha e jashtme i bën rrymat të renditen, prandaj formohet një fushë magnetike. Ky është magnetizimi i substancës.
Substancat e ndryshme mund të klasifikohen sipas vetive të ndërveprimit me fushat magnetike.
Ato ndahen në grupe:
Paramagnetët- substanca me veti magnetizimi në drejtim të fushës së jashtme, me mundësi të ulët magnetizmi. Ata kanë një forcë pozitive në terren. Këto substanca përfshijnë klorurin e hekurit, manganin, platinin, etj.
Ferrimagnetët- substanca me momente magnetike të çekuilibruara në drejtim dhe vlerë. Ato karakterizohen nga prania e antiferromagnetizmit të pakompensuar. Forca e fushës dhe temperatura ndikojnë në ndjeshmërinë e tyre magnetike (okside të ndryshme).
Ferromagnetët- Substancat me rritje të ndjeshmërisë pozitive, në varësi të tensionit dhe temperaturës (kristalet e kobaltit, nikelit, etj.).
Diamagnetika- kanë vetinë e magnetizimit në drejtim të kundërt të fushës së jashtme, pra një vlerë negative të ndjeshmërisë magnetike, pavarësisht nga forca. Në mungesë të një fushe, kjo substancë nuk do të ketë veti magnetike. Këto substanca përfshijnë: argjendin, bismutin, azotin, zinkun, hidrogjenin dhe substanca të tjera.
Antiferromagnetët
- kanë një moment magnetik të ekuilibruar, si rezultat i të cilit formohet një shkallë e ulët e magnetizimit të substancës. Kur nxehen, ato i nënshtrohen një tranzicioni fazor të substancës, në të cilën lindin vetitë paramagnetike. Kur temperatura bie nën një kufi të caktuar, veti të tilla nuk do të shfaqen (krom, mangan).
Magnetët e konsideruar klasifikohen gjithashtu në dy kategori të tjera:
Materiale të buta magnetike
... Ata kanë një forcë të ulët shtrënguese. Në fushat magnetike me fuqi të ulët, ato mund të ngopen. Gjatë procesit të përmbysjes së magnetizimit, ato kanë humbje të parëndësishme. Si rezultat, materiale të tilla përdoren për prodhimin e bërthamave. pajisje elektrike duke punuar me tension të alternuar (, gjenerator,).
E vështirë magnetikisht Materiale. Ata kanë një vlerë të shtuar të forcës shtrënguese. Kërkohet një fushë e fortë magnetike për t'i rimagnetizuar ato. Materiale të tilla përdoren në prodhimin e magneteve të përhershëm.
Vetitë magnetike të substancave të ndryshme përdoren në projekte dhe shpikje teknike.
Qarqet magnetike
Kombinimi i disa substancave magnetike quhet qark magnetik. Ato janë ngjashmëri dhe përcaktohen nga ligje të ngjashme të matematikës.
Në bazë të qarqeve magnetike, pajisje elektrike, induktiviteti,. Në një elektromagnet funksional, rrjedha rrjedh përmes një qarku magnetik të bërë nga një material ferromagnetik dhe ajri, i cili nuk është një ferromagnet. Kombinimi i këtyre komponentëve është një qark magnetik. Shumë pajisje elektrike përmbajnë qarqe magnetike në dizajnin e tyre.
Temat e kodifikuesit USE: bashkëveprimi i magneteve, fusha magnetike e një përcjellësi me rrymën.
Vetitë magnetike të një substance janë të njohura për njerëzit për një kohë të gjatë. Magnetët e morën emrin e tyre nga qyteti antik i Magnezisë: një mineral (më vonë i quajtur mineral hekuri magnetik ose magnetit) u shpërnda në afërsi të tij, pjesët e të cilit tërhiqnin objekte hekuri.
Ndërveprimi i magneteve
Në të dy anët e secilit magnet ka Poli i Veriut dhe Poli i Jugut ... Dy magnet tërhiqen nga njëri-tjetri nga pole të kundërt dhe zmbrapsen nga të njëjtët. Magnetët mund të veprojnë mbi njëri-tjetrin edhe përmes një vakumi! Megjithatë, e gjithë kjo i ngjan ndërveprimit të ngarkesave elektrike bashkëveprimi i magneteve nuk është elektrik... Kjo dëshmohet nga faktet e mëposhtme eksperimentale.
Forca magnetike dobësohet kur magneti nxehet. Forca e bashkëveprimit të ngarkesave pika nuk varet nga temperatura e tyre.
Forca magnetike dobësohet duke tundur magnetin. Asgjë e tillë nuk ndodh me trupat me ngarkesë elektrike.
Ngarkesat elektrike pozitive mund të ndahen nga ato negative (për shembull, kur elektrizohen trupat). Por ndarja e poleve të magnetit nuk funksionon: nëse e ndani magnetin në dy pjesë, atëherë në prerje shfaqen edhe polet, dhe magneti ndahet në dy magnet me pole të kundërta në skajet (të orientuar në të njëjtën mënyrë si polet të magnetit origjinal).
Pra magnetët gjithmonë bipolare, ato ekzistojnë vetëm në formë dipole... Polet magnetike të izoluara (të ashtuquajturat monopole magnetike- analoge ngarkesë elektrike) nuk ekziston në natyrë (në çdo rast, ato ende nuk janë zbuluar eksperimentalisht). Kjo është ndoshta asimetria më mbresëlënëse midis elektricitetit dhe magnetizmit.
Ashtu si trupat me ngarkesë elektrike, magnetët veprojnë mbi ngarkesat elektrike. Sidoqoftë, magneti vepron vetëm duke lëvizur tarifë; nëse ngarkesa është në qetësi në raport me magnetin, atëherë efekti i forcës magnetike në ngarkesë nuk vërehet. Përkundrazi, një trup i elektrizuar vepron me çdo ngarkesë, pavarësisht nëse është në qetësi apo në lëvizje.
Nga ide moderne teoria e veprimit me rreze të shkurtër, bashkëveprimi i magnetëve kryhet nga fushë magnetike Përkatësisht, një magnet krijon një fushë magnetike në hapësirën përreth, e cila vepron në një magnet tjetër dhe shkakton një tërheqje ose zmbrapsje të dukshme të këtyre magneteve.
Një shembull i një magneti është gjilpërë magnetike busull. Duke përdorur shigjetën magnetike, mund të gjykoni praninë e një fushe magnetike në një zonë të caktuar të hapësirës, si dhe drejtimin e fushës.
Planeti ynë Tokë është një magnet gjigant. Jo shumë larg polit gjeografik verior të Tokës është poli magnetik i jugut. Prandaj, skaji verior i gjilpërës së busullës, duke u kthyer në polin magnetik jugor të Tokës, tregon veriun gjeografik. Prandaj, në fakt, lindi emri "poli i veriut" i magnetit.
Linjat e fushës magnetike
Fusha elektrike, kujtojmë, hetohet me ndihmën e ngarkesave të vogla provë, me veprimin mbi të cilin mund të gjykohet madhësia dhe drejtimi i fushës. Analogu i një ngarkese provë në rastin e një fushe magnetike është një gjilpërë e vogël magnetike.
Për shembull, mund të merrni një ide gjeometrike të fushës magnetike duke vendosur shigjeta shumë të vogla të busullës në pika të ndryshme të hapësirës. Përvoja tregon se shigjetat do të rreshtohen përgjatë linjave të caktuara - të ashtuquajturat linjat e fushës magnetike... Përkufizimin e këtij koncepti do ta japim në formën e tre pikave të mëposhtme.
1. Linjat e fushës magnetike, ose linjat magnetike të forcës, janë linja të drejtuara në hapësirë që kanë vetinë e mëposhtme: një shigjetë e vogël busullore e vendosur në secilën pikë të një linje të tillë është e orientuar në mënyrë tangjenciale me këtë linjë.
2. Drejtimi i vijës së fushës magnetike është drejtimi i skajeve veriore të shigjetave të busullës të vendosura në pikat e kësaj linje..
3. Sa më të dendura të shkojnë linjat, aq më e fortë është fusha magnetike në një zonë të caktuar të hapësirës..
Mbushjet e hekurit mund të luajnë me sukses rolin e shigjetave të busullës: në një fushë magnetike, tallash i vogël magnetizohet dhe sillet tamam si gjilpëra magnetike.
Pra, pasi kemi derdhur fije hekuri rreth një magneti të përhershëm, do të shohim afërsisht figurën e mëposhtme të linjave të fushës magnetike (Fig. 1).
Oriz. 1. Fusha e një magneti të përhershëm
Poli verior i magnetit tregohet me ngjyrë blu dhe një shkronjë; poli jugor - me të kuqe dhe një shkronjë. Ju lutemi vini re se linjat e fushës dalin nga poli verior i magnetit dhe hyjnë në polin jugor: në fund të fundit, është në polin jugor të magnetit që skaji verior i gjilpërës së busullës do të drejtohet.
Përvoja e Oersted
Pavarësisht se fenomenet elektrike dhe magnetike janë të njohura për njerëzit që nga lashtësia, nuk ka asnjë lidhje mes tyre. për një kohë të gjatë nuk u vëzhgua. Për disa shekuj, kërkimet mbi elektricitetin dhe magnetizmin vazhduan paralelisht dhe në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri.
Fakti i jashtëzakonshëm që fenomenet elektrike dhe magnetike janë në të vërtetë të lidhura me njëri-tjetrin u zbulua për herë të parë në 1820 - në eksperimentin e famshëm të Oersted.
Skema e eksperimentit të Oersted është paraqitur në Fig. 2 (imazhi nga faqja rt.mipt.ru). Mbi gjilpërën magnetike (dhe janë polet veriore dhe jugore të shigjetës) ka një përcjellës metalik të lidhur me një burim rryme. Nëse mbyllni qarkun, atëherë shigjeta kthehet pingul me përcjellësin!
Kjo përvojë e thjeshtë tregoi drejtpërdrejt marrëdhënien midis elektricitetit dhe magnetizmit. Eksperimentet që pasuan eksperimentin e Oersted vendosën në mënyrë të vendosur modelin e mëposhtëm: fusha magnetike krijohet nga rrymat elektrike dhe vepron mbi rrymat.
Oriz. 2. Përvoja e Oersted
Modeli i linjave të fushës magnetike të krijuar nga një përcjellës me rrymë varet nga forma e përcjellësit.
Fusha magnetike e një teli të drejtë me rrymë
Vijat e fushës magnetike të një teli të drejtë me rrymë janë rrathë koncentrikë. Qendrat e këtyre rrathëve shtrihen në tel, dhe rrafshet e tyre janë pingul me telin (Fig. 3).
Oriz. 3. Fusha e një teli të drejtë me rrymë
Ekzistojnë dy rregulla alternative për përcaktimin e drejtimit të linjave të fushës magnetike të rrymës së drejtpërdrejtë.
Rregulli në drejtim të akrepave të orës. Linjat e fushës shkojnë në të kundërt të akrepave të orës kur shikohen në mënyrë që rryma të rrjedhë drejt nesh.
Rregulli i vidhave(ose rregull gimlet, ose rregulli i tapës- kjo është më afër dikujt ;-)). Linjat e fushës shkojnë aty ku duhet të rrotulloni vidën (me një fije normale të djathtë) në mënyrë që të lëvizë përgjatë fillit në drejtim të rrymës.
Përdorni cilindo rregull që ju pëlqen më shumë. Është më mirë të mësoheni me rregullin e akrepave të orës - ju vetë më vonë do të shihni se është më universal dhe më i lehtë për t'u përdorur (dhe më pas mbani mend me mirënjohje në vitin e parë kur studioni gjeometrinë analitike).
Në fig. 3, është shfaqur gjithashtu diçka e re: ky është një vektor i quajtur induksioni magnetik, ose induksioni magnetik... Vektori i induksionit magnetik është një analog i vektorit të forcës së fushës elektrike: ai shërben karakteristikë e fuqisë fushë magnetike, duke përcaktuar forcën me të cilën fusha magnetike vepron në ngarkesat lëvizëse.
Ne do të flasim për forcat në një fushë magnetike më vonë, por tani për tani do të vërejmë vetëm se madhësia dhe drejtimi i fushës magnetike përcaktohet nga vektori i induksionit magnetik. Në çdo pikë të hapësirës, vektori drejtohet në të njëjtin drejtim si skaji verior i shigjetës së busullës, i vendosur në këtë pikë, domethënë, tangjencialisht me vijën e fushës në drejtim të kësaj linje. Induksioni magnetik matet në teslah(T).
Ashtu si në rastin e një fushe elektrike, induksioni magnetik është i vlefshëm parimi i mbivendosjes... Ajo qëndron në faktin se induksionet e fushave magnetike të krijuara në një pikë të caktuar nga rryma të ndryshme shtohen në mënyrë vektoriale dhe japin vektorin që rezulton i induksionit magnetik:.
Fusha magnetike e një laku me rrymë
Konsideroni një lak rrethor përmes të cilit qarkullon një rrymë e drejtpërdrejtë. Burimi që krijon rrymën nuk është paraqitur në figurë.
Modeli i vijave të fushës së lakut tonë do të duket përafërsisht si më poshtë (Fig. 4).
Oriz. 4. Fusha e lakut me rrymë
Do të jetë e rëndësishme për ne që të jemi në gjendje të përcaktojmë se në cilën gjysmë hapësirë (në raport me rrafshin e lakut) drejtohet fusha magnetike. Përsëri, ne kemi dy rregulla alternative.
Rregulli në drejtim të akrepave të orës. Linjat e fushës shkojnë aty ku duket se rryma qarkullon në drejtim të kundërt të akrepave të orës.
Rregulli i vidhave. Linjat e fushës shkojnë aty ku vidhosja (me një fije normale djathtas) do të lëvizë nëse e rrotulloni në drejtim të rrymës.
Siç mund ta shihni, rryma dhe fusha janë të kundërta në krahasim me formulimet e këtyre rregullave për rastin e rrymës direkte.
Fusha magnetike e bobinës me rrymë
Spirale do të rezultojë, nëse fort, kthehet për t'u kthyer, mbështjell telin në një spirale mjaft të gjatë (Fig. 5 - imazhi nga faqja en.wikipedia.org). Mund të ketë disa dhjetëra, qindra, apo edhe mijëra kthesa në një spirale. Spiralja quhet gjithashtu solenoid.
Oriz. 5. Bobina (solenoid)
Fusha magnetike e një kthese, siç e dimë, nuk duket shumë e thjeshtë. Fushat? kthesat individuale të spirales mbivendosen mbi njëra-tjetrën, dhe, siç duket, rezultati duhet të jetë një pamje shumë konfuze. Megjithatë, ky nuk është rasti: fusha e një spirale të gjatë ka papritur strukturë e thjeshtë(fig. 6).
Oriz. 6.Fusha e mbështjelljes me rrymë
Në këtë figurë, rryma në spirale shkon në drejtim të kundërt kur shikohet nga e majta (kjo do të ndodhë nëse në Fig. 5 skaji i djathtë i spirales është i lidhur me "plus" të burimit aktual dhe skaji i majtë me "minus"). Shohim se fusha magnetike e spirales ka dy veti karakteristike.
1. Brenda spirales, larg nga skajet e saj, fusha magnetike është homogjene: në çdo pikë, vektori i induksionit magnetik është i njëjtë në madhësi dhe drejtim. Vijat e terrenit janë drejtëza paralele; ato përkulen vetëm pranë skajeve të spirales kur dalin jashtë.
2. Jashtë spirales, fusha është afër zeros. Sa më shumë rrotullime në spirale, aq më e dobët është fusha jashtë saj.
Vini re se një spirale pafundësisht e gjatë nuk lëshon fare fushë: nuk ka fushë magnetike jashtë spirales. Brenda një spirale të tillë, fusha është kudo uniforme.
Nuk duket si gjë? Spiralja është një analog "magnetik" i një kondensatori. Mos harroni se një kondensator krijon një homogjene fushe elektrike, linjat e të cilit janë të përkulura vetëm pranë skajeve të pllakave, dhe jashtë kondensatorit fusha është afër zeros; një kondensator me pllaka të pafundme nuk e lëshon fare fushën jashtë dhe fusha është uniforme kudo brenda tij.
Dhe tani - vëzhgimi kryesor. Ju lutemi krahasoni figurën e linjave të fushës magnetike jashtë spirales (Fig. 6) me linjat e fushës magnetike në Fig. një. E njëjta gjë, apo jo? Dhe tani kemi ardhur te një pyetje që ndoshta ka lindur në mendjen tuaj shumë kohë më parë: nëse një fushë magnetike krijohet nga rrymat dhe vepron në rryma, atëherë cila është arsyeja e shfaqjes së një fushe magnetike pranë një magneti të përhershëm? Në fund të fundit, ky magnet nuk duket të jetë një përcjellës me rrymë!
Hipoteza e Amperit. Rrymat elementare
Në fillim u mendua se ndërveprimi i magneteve ishte për shkak të ngarkesave të veçanta magnetike të përqendruara në pole. Por, ndryshe nga energjia elektrike, askush nuk mund ta izolonte ngarkesën magnetike; në fund të fundit, siç kemi thënë tashmë, nuk ishte e mundur të merreshin veçmas polet veriore dhe jugore të magnetit - polet janë gjithmonë të pranishme në magnet në çifte.
Dyshimet për ngarkesat magnetike përkeqësoi përvojën e Oersted kur doli se fusha magnetike krijohet nga një rrymë elektrike. Për më tepër, doli se për çdo magnet është e mundur të zgjidhet një përcjellës me një rrymë të konfigurimit të duhur, në mënyrë që fusha e këtij përcjellësi të përkojë me fushën e magnetit.
Amperi parashtroi një hipotezë të guximshme. Nuk ka ngarkesa magnetike. Veprimi i një magneti shpjegohet me rrymat elektrike të mbyllura brenda tij..
Cilat janë këto rryma? Këto rrymat elementare qarkullojnë brenda atomeve dhe molekulave; ato shoqërohen me lëvizjen e elektroneve në orbitat atomike. Fusha magnetike e çdo trupi përbëhet nga fushat magnetike të këtyre rrymave elementare.
Rrymat elementare mund të vendosen rastësisht në lidhje me njëra-tjetrën. Pastaj fushat e tyre shuhen reciprokisht dhe trupi nuk shfaq veti magnetike.
Por nëse rrymat elementare janë rregulluar në harmoni, atëherë fushat e tyre, duke u shtuar, përforcojnë njëra-tjetrën. Trupi bëhet magnet (Fig. 7; fusha magnetike do të drejtohet nga ne; poli verior i magnetit do të drejtohet gjithashtu nga ne).
Oriz. 7. Rrymat elementare të magnetit
Hipoteza e Amperit për rrymat elementare sqaroi vetitë e magneteve Ngrohja dhe lëkundja e një magneti shkatërron rendin e rrymave elementare të tij dhe vetitë magnetike dobësohen. Pandashmëria e poleve të magnetit u bë e dukshme: në vendin e prerjes së magnetit, marrim të njëjtat rryma elementare në skajet. Aftësia e një trupi për të magnetizuar në një fushë magnetike shpjegohet me shtrirjen e koordinuar të rrymave elementare, "duke u kthyer" siç duhet (lexoni për rrotullimin e rrymës rrethore në një fushë magnetike në fletën e ardhshme).
Hipoteza e Amperit doli të jetë e saktë - kjo tregoi zhvillimin e mëtejshëm të fizikës. Koncepti i rrymave elementare u bë një pjesë integrale e teorisë së atomit, e zhvilluar tashmë në shekullin e njëzetë - pothuajse njëqind vjet pas supozimit të zgjuar të Amperit.
Tashmë në shekullin VI. para Krishtit. në Kinë dihej se disa xehe kanë aftësinë të tërheqin njëri-tjetrin dhe të tërheqin objekte hekuri. Copa të xeherorëve të tillë u gjetën pranë qytetit të Magnezisë në Azinë e Vogël, për këtë arsye morën emrin magnete.
Si ndërveprojnë magneti dhe objektet prej hekuri? Le të kujtojmë pse tërhiqen trupat e elektrizuar? Sepse pranë një ngarkese elektrike, formohet një formë e veçantë e materies - një fushë elektrike. Një formë e ngjashme e materies ekziston rreth magnetit, por ajo ka një natyrë të ndryshme të origjinës (në fund të fundit, minerali është elektrikisht neutral), quhet fushë magnetike.
Për të studiuar fushën magnetike përdoren magnet të drejtë ose patkua. Disa vende të magnetit kanë efektin më të madh tërheqës, quhen polet(veri dhe jug)... Ashtu si polet magnetike tërhiqen, ndërsa polet magnetike me të njëjtin emër sprapsin.
Për forcën karakteristike të fushës magnetike, përdorni vektori i induksionit magnetik B... Fusha magnetike paraqitet grafikisht duke përdorur linjat e forcës ( linjat e induksionit magnetik). Linjat janë të mbyllura, nuk kanë fillim apo fund. Vendi nga i cili dalin vijat magnetike- Poli i Veriut (Veri), vijat magnetike hyjnë në Polin e Jugut (Jug).
Fusha magnetike mund të bëhet "e dukshme" me tallash hekuri.
Fusha magnetike e një përcjellësi me rrymë
Dhe tani për atë që gjetën Hans Christian Oersted dhe André Marie Ampere në 1820. Rezulton se një fushë magnetike ekziston jo vetëm rreth një magneti, por edhe rreth çdo përcjellësi me rrymë. Çdo tel, për shembull, një kordon nga një llambë, përmes së cilës rrjedh një rrymë elektrike, është një magnet! Një tel me një rrymë ndërvepron me një magnet (provoni të sillni një busull në të), dy tela me një rrymë ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Linjat e fushës magnetike të rrymës së përparme janë rrathë rreth një përcjellësi.
Drejtimi i vektorit të induksionit magnetik
Drejtimi i fushës magnetike në një pikë të caktuar mund të përkufizohet si drejtimi që tregon polin verior të gjilpërës së busullës të vendosur në atë pikë.
Drejtimi i linjave të induksionit magnetik varet nga drejtimi i rrymës në përcjellës.
Drejtimi i vektorit të induksionit përcaktohet nga rregulli gjilpërë ose rregull dora e djathtë.
Vektori i induksionit magnetik
Kjo është një sasi vektoriale që karakterizon veprimin e forcës së fushës.
Induksioni magnetik i një përcjellësi drejtvizor të pafund me një rrymë në një distancë r prej tij:
Induksioni i fushës magnetike në qendër të një kthese të hollë rrethore me rreze r:
Induksioni i fushës magnetike solenoid(një spirale, kthesat e së cilës anashkalohen në mënyrë sekuenciale nga rryma në një drejtim):
Parimi i mbivendosjes
Nëse fusha magnetike në një pikë të caktuar të hapësirës krijohet nga disa burime të fushës, atëherë induksioni magnetik është shuma vektoriale e induksioneve të secilës prej fushave veç e veç.
Toka nuk është vetëm një ngarkesë e madhe negative dhe një burim i një fushe elektrike, por në të njëjtën kohë fusha magnetike e planetit tonë është e ngjashme me fushën e një magneti të drejtpërdrejtë gjigant.
Jugu gjeografik është afër veriut magnetik dhe veriu gjeografik është afër jugut magnetik. Nëse busulla vendoset në fushën magnetike të tokës, atëherë shigjeta e saj në veri është e orientuar përgjatë vijave të induksionit magnetik në drejtim të polit magnetik të jugut, domethënë do të na tregojë se ku ndodhet veriu gjeografik.
Elementet karakteristike magnetizmi tokësor ndryshon shumë ngadalë me kalimin e kohës - ndryshimet laike... Megjithatë, herë pas here stuhitë magnetike kur fusha magnetike e Tokës shtrembërohet fort për disa orë, dhe pastaj gradualisht kthehet në vlerat e mëparshme. Ky ndryshim dramatik ndikon në mirëqenien e njerëzve.
Fusha magnetike e Tokës është një "mburojë" që mbron planetin tonë nga grimcat që depërtojnë nga hapësira ("era diellore"). Pranë poleve magnetike, rrjedhat e grimcave vijnë shumë më afër sipërfaqes së Tokës. Me të fuqishme flakët diellore magnetosfera është deformuar dhe këto grimca mund të migrojnë në atmosferën e sipërme, ku përplasen me molekulat e gazit për të formuar aurora.
Grimcat e dioksidit të hekurit në një shirit magnetik magnetizohen mirë gjatë procesit të regjistrimit.
Trenat e levitacionit magnetik rrëshqasin mbi sipërfaqe pa absolutisht asnjë fërkim. Treni është i aftë të përshpejtojë deri në 650 km / orë.
Puna e trurit, pulsimi i zemrës shoqërohet me impulse elektrike. Në këtë rast, një fushë magnetike e dobët lind në organe.