Što je linija magnetskog polja. Linije magnetskog polja

Teme KORISTI kodifikator : interakcija magneta, magnetsko polje vodiča sa strujom.

Magnetska svojstva materije poznata su ljudima od davnina. Magneti su dobili ime po drevnom gradu Magneziji: u njegovoj blizini bio je raširen mineral (kasnije nazvan magnetska željezna ruda ili magnetit) čiji su komadići privlačili željezne predmete.

Interakcija magneta

Na dvije strane svakog magneta nalaze se Sjeverni pol i Južni pol. Dva magneta međusobno privlače suprotni polovi i odbijaju se od sličnih polova. Magneti mogu djelovati jedni na druge čak i kroz vakuum! Međutim, sve to podsjeća na interakciju električnih naboja interakcija magneta nije električna. O tome svjedoče sljedeće eksperimentalne činjenice.

Magnetska sila slabi kada se magnet zagrije. Jačina međudjelovanja točkastih naboja ne ovisi o njihovoj temperaturi.

Magnetska sila slabi se tresenjem magneta. Ništa slično se ne događa s električnim nabijenim tijelima.

Pozitivni električni naboji mogu se odvojiti od negativnih (na primjer, kada su tijela naelektrizirana). Ali nemoguće je razdvojiti polove magneta: ako magnet presiječete na dva dijela, tada se na mjestu reza pojavljuju i polovi, a magnet se raspada na dva magneta s suprotnim polovima na krajevima (orijentirani na potpuno isti način kao polovi izvornog magneta).

Dakle, magneti stalno bipolarni, postoje samo u obliku dipola. Izolirani magnetski polovi (tzv magnetski monopoli- analozi električnog naboja) u prirodi ne postoje (u svakom slučaju, još nisu eksperimentalno otkriveni). Ovo je možda najimpresivnija asimetrija između elektriciteta i magnetizma.

Poput električno nabijenih tijela, magneti djeluju na električne naboje. Međutim, magnet djeluje samo na krećući se naplatiti; Ako naboj miruje u odnosu na magnet, tada na naboj ne djeluje magnetska sila. Naprotiv, naelektrizirano tijelo djeluje na bilo koji naboj, bez obzira da li miruje ili se kreće.

Prema suvremenim konceptima teorije djelovanja kratkog dometa, interakcija magneta se provodi kroz magnetsko polje Naime, magnet stvara magnetsko polje u okolnom prostoru, koje djeluje na drugi magnet i uzrokuje vidljivo privlačenje ili odbijanje tih magneta.

Primjer magneta je magnetska igla kompas. Uz pomoć magnetske igle može se suditi o prisutnosti magnetskog polja u određenom području prostora, kao io smjeru polja.

Naš planet Zemlja je divovski magnet. Nedaleko od geografskog sjevernog pola Zemlje nalazi se južni magnetski pol. Stoga sjeverni kraj igle kompasa, okrenut prema južnom magnetskom polu Zemlje, pokazuje na geografski sjever. Otuda je zapravo nastao naziv "sjeverni pol" magneta.

Linije magnetskog polja

Električno polje, podsjetimo, istražuje se uz pomoć malih probnih naboja, djelovanjem na temelju kojih se može suditi o veličini i smjeru polja. Analog probnog naboja u slučaju magnetskog polja je mala magnetska igla.

Na primjer, možete dobiti neku geometrijsku ideju o magnetskom polju ako ga postavite različite točke prostori su vrlo male igle kompasa. Iskustvo pokazuje da će se strelice poredati po određenim linijama – tzv linije magnetskog polja. Definirajmo ovaj koncept u obliku sljedeća tri bodova.

1. Linije magnetskog polja, ili magnetske linije sile- to su usmjerene linije u prostoru koje imaju sljedeće svojstvo: mala igla kompasa postavljena u svakoj točki takve linije orijentirana je tangencijalno na ovu liniju.

2. Smjer linije magnetskog polja je smjer sjevernih krajeva igala kompasa koji se nalaze u točkama ove linije.

3. Što su linije deblje, to je jače magnetsko polje u određenom području prostora..

Ulogu igle kompasa mogu uspješno obavljati željezne strugotine: u magnetskom polju male se strugotine magnetiziraju i ponašaju se točno kao magnetske igle.

Dakle, sipanje željeznih strugotina okolo trajni magnet, vidjet ćemo otprilike sljedeći obrazac linija magnetskog polja (slika 1).

Riža. 1. Polje trajnog magneta

Sjeverni pol magneta označen je plavom bojom i slovom; južni pol - crvenom bojom i slovom . Imajte na umu da linije polja izlaze iz sjevernog pola magneta i ulaze u južni pol, jer je sjeverni kraj igle kompasa usmjeren na južni pol magneta.

Oerstedovo iskustvo

Iako električni i magnetske pojave bili su poznati ljudima od antike, među njima nema veze Dugo vrijeme nije uočeno. Nekoliko stoljeća istraživanja elektriciteta i magnetizma odvijala su se paralelno i neovisno jedno o drugom.

Izvanredna činjenica da su električni i magnetski fenomeni zapravo povezani jedni s drugima prvi put je otkrivena 1820. u poznatom Oerstedovom eksperimentu.

Shema Oerstedova pokusa prikazana je na sl. 2 (slika s rt.mipt.ru). Iznad magnetske igle (i - sjevernog i južnog pola strelice) je metalni vodič spojen na izvor struje. Ako zatvorite krug, strelica se okreće okomito na vodič!
Ovaj jednostavan eksperiment izravno je ukazao na odnos između elektriciteta i magnetizma. Eksperimenti koji su slijedili Oerstedovo iskustvo čvrsto su utvrdili sljedeći obrazac: magnetsko polje nastaje električnim strujama i djeluje na struje.

Riža. 2. Oerstedov pokus

Slika linija magnetskog polja koje stvara vodič sa strujom ovisi o obliku vodiča.

Magnetno polje ravne žice sa strujom

Linije magnetskog polja ravne žice kojom teče struja su koncentrične kružnice. Središta ovih kružnica leže na žici, a njihove ravnine su okomite na žicu (slika 3.).

Riža. 3. Polje jednosmjerne žice sa strujom

Postoje dva alternativna pravila za određivanje smjera linija magnetskog polja istosmjerne struje.

pravilo satne kazaljke. Linije polja idu suprotno od kazaljke na satu kada se gledaju tako da struja teče prema nama..

pravilo vijka(ili pravilo gimleta, ili pravilo vadičepa- nekome je bliže ;-)). Linije polja idu tamo gdje se vijak (s konvencionalnim desnim navojem) mora okrenuti kako bi se kretao duž navoja u smjeru struje.

Koristite bilo koje pravilo koje vam najviše odgovara. Bolje je da se naviknete na pravilo u smjeru kazaljke na satu – kasnije ćete i sami vidjeti da je univerzalniji i lakši za korištenje (i onda ga se sa zahvalnošću prisjetite na prvoj godini studija analitičke geometrije).

Na sl. 3, pojavilo se i nešto novo: ovo je vektor, koji se zove indukcija magnetskog polja, ili magnetska indukcija. Vektor magnetske indukcije je analog vektora intenziteta električno polje: on služi karakteristika snage magnetsko polje, određujući silu kojom magnetsko polje djeluje na pokretne naboje.

O silama u magnetskom polju ćemo kasnije, ali za sada ćemo samo napomenuti da je veličina i smjer magnetskog polja određen vektorom magnetske indukcije. U svakoj točki u prostoru, vektor je usmjeren u istom smjeru kao i sjeverni kraj igle kompasa postavljenog u ovoj točki, odnosno tangenta na liniju polja u smjeru ove linije. Magnetska indukcija se mjeri u teslach(Tl).

Kao iu slučaju električnog polja, za indukciju magnetskog polja, princip superpozicije. Leži u činjenici da indukcija magnetskih polja stvorena u danoj točki raznim strujama vektorski se zbrajaju i daju rezultirajući vektor magnetske indukcije:.

Magnetsko polje zavojnice sa strujom

Zamislite kružnu zavojnicu kroz koju kruži istosmjerna struja. Na slici ne prikazujemo izvor koji stvara struju.

Slika linija našeg polja imat će otprilike sljedeći oblik (slika 4).

Riža. 4. Polje svitka sa strujom

Bit će nam važno znati u kojem je poluprostoru (u odnosu na ravninu zavojnice) usmjereno magnetsko polje. Opet imamo dva alternativna pravila.

pravilo satne kazaljke. Linije polja idu tamo, gledajući odakle se čini da struja kruži u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

pravilo vijka. Linije polja idu tamo gdje bi se vijak (s konvencionalnim desnim navojem) pomaknuo ako bi se rotirao u smjeru struje.

Kao što vidite, uloge struje i polja su obrnute - u usporedbi s formulacijama ovih pravila za slučaj istosmjerne struje.

Magnetsko polje zavojnice sa strujom

Zavojnica ispostavit će se, ako je čvrsto, zavojnica do zavojnica, namotati žicu u dovoljno dugu spiralu (slika 5 - slika sa stranice en.wikipedia.org). Zavojnica može imati nekoliko desetaka, stotina ili čak tisuća zavoja. Zavojnica se također naziva solenoid.

Riža. 5. Zavojnica (solenoid)

Magnetno polje jednog zavoja, kao što znamo, ne izgleda baš jednostavno. Polja? pojedinačni zavoji zavojnice su postavljeni jedan na drugi, i, čini se, rezultat bi trebao biti vrlo zbunjujuća slika. Međutim, to nije slučaj: polje dugog svitka ima neočekivano jednostavnu strukturu (slika 6).

Riža. 6. polje zavojnice sa strujom

Na ovoj slici struja u zavojnici ide u smjeru suprotnom od kazaljke na satu kada se gleda s lijeve strane (to će se dogoditi ako je, na slici 5, desni kraj zavojnice spojen na "plus" izvora struje, a lijevi kraj na "minus"). Vidimo da magnetsko polje zavojnice ima dva karakteristična svojstva.

1. Unutar zavojnice, daleko od njegovih rubova, magnetsko polje je homogena: u svakoj točki vektor magnetske indukcije je jednak po veličini i smjeru. Linije polja su paralelne ravne linije; savijaju se samo u blizini rubova zavojnice kad izađu.

2. Izvan zavojnice, polje je blizu nule. Što je više zavoja u zavojnici, slabije je polje izvan nje.

Imajte na umu da beskonačno duga zavojnica uopće ne emitira polje: izvan zavojnice nema magnetskog polja. Unutar takve zavojnice polje je posvuda jednolično.

Ne podsjeća li vas ni na što? Zavojnica je "magnetski" pandan kondenzatoru. Sjećate se da kondenzator stvara homogenu električno polje, čije su linije savijene samo blizu rubova ploča, a izvan kondenzatora, polje je blizu nule; kondenzator s beskonačnim pločama uopće ne oslobađa polje, a polje je svuda unutar njega jednolično.

A sada - glavno opažanje. Usporedite, molim vas, sliku linija magnetskog polja izvan zavojnice (slika 6) s linijama polja magneta na sl. jedan . To je ista stvar, zar ne? A sada dolazimo do pitanja koje ste vjerojatno davno imali: ako magnetsko polje nastaje strujama i djeluje na struje, koji je onda razlog za pojavu magnetskog polja u blizini stalnog magneta? Uostalom, čini se da ovaj magnet nije vodič sa strujom!

Amperova hipoteza. Elementarne struje

Isprva se smatralo da je interakcija magneta posljedica posebnih magnetskih naboja koncentriranih na polovima. Ali, za razliku od elektriciteta, nitko nije mogao izolirati magnetski naboj; uostalom, kao što smo već rekli, nije bilo moguće dobiti odvojeno sjeverni i južni pol magneta - polovi su uvijek prisutni u magnetu u paru.

Sumnje o magnetskim nabojima pojačalo je iskustvo Oersteda, kada se pokazalo da magnetsko polje stvara električna struja. Štoviše, pokazalo se da je za bilo koji magnet moguće odabrati vodič sa strujom odgovarajuće konfiguracije, tako da se polje ovog vodiča podudara s poljem magneta.

Ampere je iznio hrabru hipotezu. Nema magnetskih naboja. Djelovanje magneta objašnjava se zatvorenim električnim strujama unutar njega..

Koje su to struje? Ove elementarne struje cirkuliraju unutar atoma i molekula; povezani su s kretanjem elektrona u atomskim orbitama. Magnetsko polje bilo kojeg tijela sastoji se od magnetskih polja ovih elementarnih struja.

Elementarne struje mogu biti nasumično locirane jedna u odnosu na drugu. Tada se njihova polja međusobno poništavaju, a tijelo ne pokazuje magnetska svojstva.

Ali ako su elementarne struje koordinirane, tada se njihova polja, zbrajajući, međusobno pojačavaju. Tijelo postaje magnet (slika 7; magnetsko polje će biti usmjereno prema nama; sjeverni pol magneta također će biti usmjeren prema nama).

Riža. 7. Elementarne struje magneta

Amperova hipoteza o elementarnim strujama razjasnila je svojstva magneta. Zagrijavanjem i potresanjem magneta uništava se redoslijed njegovih elementarnih struja, a magnetska svojstva oslabiti. Nerazdvojivost polova magneta postala je očita: na mjestu gdje je magnet bio izrezan, dobivamo iste elementarne struje na krajevima. Sposobnost tijela da se magnetizira u magnetskom polju objašnjava se koordiniranim poravnanjem elementarnih struja koje se pravilno "okreću" (o rotaciji kružne struje u magnetskom polju pročitajte u sljedećem listu).

Amperova hipoteza se pokazala točnom – pokazalo se daljnji razvoj fizika. Koncept elementarnih struja postao je sastavni dio teorije atoma, razvijene već u dvadesetom stoljeću - gotovo stotinu godina nakon Ampèreova briljantnog nagađanja.

Već u VI stoljeću. PRIJE KRISTA. u Kini se znalo da neke rude imaju sposobnost međusobnog privlačenja i privlačenja željeznih predmeta. Komadići takvih ruda pronađeni su u blizini grada Magnezije u Maloj Aziji, pa su tako i dobili ime magneti.

Kakva je interakcija između magneta i željeznih predmeta? Prisjetite se zašto se naelektrizirana tijela privlače? Budući da u blizini električnog naboja nastaje osebujan oblik materije – električno polje. Oko magneta postoji sličan oblik materije, ali ima drugačiju prirodu porijekla (na kraju krajeva, ruda je električno neutralna), tzv. magnetsko polje.

Za proučavanje magnetskog polja koriste se ravni magneti ili magneti u obliku potkove. Određena mjesta magneta imaju najveći privlačan učinak, tzv stupovi(sjever i jug). Nasuprotni magnetski polovi se privlače, a slični polovi odbijaju.

Za karakteristike snage magnetskog polja, koristite vektor indukcije magnetskog polja B. Magnetno polje je grafički prikazano pomoću linija sile ( linije magnetske indukcije). Linije su zatvorene, nemaju ni početak ni kraj. Mjesto iz kojeg izlaze magnetske linije je Sjeverni pol (Sjever), magnetske linije ulaze u Južni pol (Južni).

Magnetno polje se može učiniti "vidljivim" željeznim strugotinama.

Magnetno polje vodiča sa strujom

A sada što smo pronašli Hans Christian Oersted i André Marie Ampère 1820. Ispada da magnetsko polje postoji ne samo oko magneta, već i oko bilo kojeg vodiča sa strujom. Svaka žica, na primjer, kabel od svjetiljke, kroz koji teče električna struja, je magnet! Žica sa strujom stupa u interakciju s magnetom (pokušajte joj donijeti kompas), dvije žice sa strujom međusobno djeluju.

Linije sile istosmjernog magnetskog polja su kružnice oko vodiča.

Smjer vektora magnetske indukcije

Smjer magnetskog polja u danoj točki može se definirati kao smjer koji označava sjeverni pol igle kompasa postavljene u toj točki.

Smjer linija magnetske indukcije ovisi o smjeru struje u vodiču.

Smjer indukcijskog vektora određen je pravilom gimlet ili vladati desna ruka.

Vektor magnetske indukcije

Ovo je vektorska veličina koja karakterizira djelovanje sile polja.

Indukcija magnetskog polja beskonačnog pravocrtnog vodiča sa strujom na udaljenosti r od njega:

Indukcija magnetskog polja u središtu tanke kružne zavojnice polumjera r:

Indukcija magnetskog polja solenoid(zavojnica čiji su zavoji napajani serijski u jednom smjeru):

Princip superpozicije

Ako magnetsko polje u danoj točki prostora stvara nekoliko izvora polja, tada je magnetska indukcija vektorski zbroj indukcija svakog od polja zasebno

Zemlja nije samo veliki negativni naboj i izvor električnog polja, već je u isto vrijeme magnetsko polje našeg planeta slično polju divovskog izravnog magneta.

Geografski jug je blizu magnetskog sjevera, a geografski sjever je blizu magnetskog juga. Ako se kompas postavi u Zemljino magnetsko polje, tada je njegova sjeverna strelica orijentirana duž linija magnetske indukcije u smjeru južnog magnetskog pola, odnosno reći će nam gdje se nalazi geografski sjever.

Karakteristični elementi zemaljskog magnetizma mijenjaju se vrlo sporo tijekom vremena - svjetovne promjene. Međutim, magnetske oluje se javljaju s vremena na vrijeme, kada se Zemljino magnetsko polje nekoliko sati snažno izobliči, a zatim se postupno vraća na svoje prijašnje vrijednosti. Ovako drastična promjena utječe na dobrobit ljudi.

Zemljino magnetsko polje je "štit" koji pokriva naš planet od čestica koje prodiru iz svemira ("solarni vjetar"). U blizini magnetskih polova, tokovi čestica dolaze mnogo bliže Zemljinoj površini. Tijekom snažnih sunčevih baklji magnetosfera se deformira, a te čestice mogu prijeći u gornje slojeve atmosfere, gdje se sudaraju s molekulama plina, stvarajući aurore.

Čestice željeznog dioksida na magnetskom filmu dobro su magnetizirane tijekom procesa snimanja.

Maglev vlakovi klize po površini bez apsolutno nikakvog trenja. Vlak je sposoban za brzinu do 650 km/h.

Rad mozga, pulsiranje srca popraćeno je električnim impulsima. U tom slučaju u organima nastaje slabo magnetsko polje.

Magnetno polje, što je to? - posebna vrsta materija;
Gdje to postoji? - oko pokretnih električnih naboja (uključujući oko vodiča sa strujom)
Kako otkriti? - pomoću magnetske igle (ili željeznih strugotina) ili njezinim djelovanjem na vodič kroz koji teče struja.

Oerstedovo iskustvo:

Magnetska se igla okreće ako električna energija počne teći kroz vodič. struja, jer Oko vodiča kroz koji teče struja stvara se magnetsko polje.

Interakcija dva vodiča sa strujom:

Svaki vodič kroz koji teče struja ima svoje magnetsko polje oko sebe, koje djeluje s određenom silom na susjedni vodič.

Ovisno o smjeru strujanja, vodiči se međusobno mogu privlačiti ili odbijati.

sjetiti se prošlosti akademska godina:

MAGNETSKI VODOVI (ili na drugi način linije magnetske indukcije)

Kako prikazati magnetsko polje? - uz pomoć magnetskih linija;
Magnetne linije, što je to?

To su zamišljene linije duž kojih su magnetske igle postavljene u magnetsko polje. Magnetske linije mogu se povući kroz bilo koju točku magnetskog polja, imaju smjer i uvijek su zatvorene.

Sjetite se prošle školske godine:

NEHOMOGENE MAGNETSKO POLJE

Karakteristike nehomogenog magnetskog polja: magnetske linije su zakrivljene; ​​gustoća magnetskih linija je različita; sila kojom magnetsko polje djeluje na magnetsku iglu različita je u različitim točkama ovog polja po veličini i smjeru.

Gdje postoji nehomogeno magnetsko polje?

Oko ravnog vodiča sa strujom;

Magnet oko šipke;

Oko solenoida (zavojnice sa strujom).

HOMOGENO MAGNETSKO POLJE

Karakteristike homogenog magnetskog polja: magnetske linije su paralelne prave, gustoća magnetskih linija je svugdje ista; sila kojom magnetsko polje djeluje na magnetsku iglu jednaka je u svim točkama tog polja u smjeru veličine.

Gdje postoji jednolično magnetsko polje?
- unutar magneta šipke i unutar solenoida, ako je njegova duljina mnogo veća od promjera.

ZANIMLJIV

Sposobnost željeza i njegovih legura da se jako magnetiziraju nestaje kada se zagrije na visoku temperaturu. Čisto željezo gubi ovu sposobnost kada se zagrije na 767 ° C.

Snažni magneti, koji se koristi u mnogim modernim proizvodima, može utjecati na rad srčanih stimulatora i implantiranih srčanih uređaja u srčanih bolesnika. Obični željezni ili feritni magneti, koji se lako razlikuju po zagasito sivoj boji, imaju malu snagu i malo su zabrinjavajući.
Međutim, nedavno je bilo vrlo jaki magneti- sjajne srebrne boje i predstavlja leguru neodima, željeza i bora. Magnetno polje koje stvaraju vrlo je jako, zbog čega se naširoko koriste u računalnim diskovima, slušalicama i zvučnicima, kao i u igračkama, nakitu, pa čak i odjeći.

Jednom na cestama glavnog grada Mallorce pojavio se francuski vojni brod "La Rolain". Njegovo stanje bilo je toliko jadno da je brod sam jedva stigao do pristaništa.Kada su se francuski znanstvenici, među kojima je bio i dvadesetdvogodišnji Arago, ukrcali na brod, pokazalo se da je brod uništila munja. Dok je komisija pregledavala brod, odmahujući glavama ugledavši izgorjele jarbole i nadgradnje, Arago je požurio do kompasa i vidio što je očekivao: igle kompasa upale su u različitim smjerovima...

Godinu dana kasnije, kopajući po ostacima genovskog broda koji se srušio u blizini Alžira, Arago je otkrio da su igle kompasa demagnetizirane. Brod je išao na jug prema stijenama, prevaren magnetskim kompasom pogođenim munjom.

V. Kartsev. Magnet za tri tisućljeća.

Magnetni kompas je izumljen u Kini.
Već prije 4000 godina karavane su ponijele sa sobom glinena posuda i "brinula o njemu na cesti više od svih tvojih skupih tereta". U njemu, na površini tekućine na drvenom plovku, ležao je kamen koji voli željezo. Mogao se okretati i cijelo vrijeme pokazivati ​​putnicima u smjeru juga, što im je, u nedostatku Sunca, pomoglo da odu do bunara.
Na početku naše ere, Kinezi su naučili kako napraviti umjetne magnete magnetiziranjem željezne igle.
I samo tisuću godina kasnije, Europljani su počeli koristiti magnetiziranu iglu kompasa.

MAGNETSKO POLJE ZEMLJE

Zemlja je veliki trajni magnet.
Južni magnetski pol, iako se, prema zemaljskim standardima, nalazi u blizini Sjevernog geografskog pola, ipak ih dijeli oko 2000 km.
Postoje područja na površini Zemlje gdje je vlastito magnetsko polje snažno izobličeno magnetskim poljem željeznih ruda koje se javljaju na maloj dubini. Jedno od tih teritorija je Kurska magnetska anomalija koja se nalazi u Kurskoj regiji.

Magnetska indukcija Zemljinog magnetskog polja je samo oko 0,0004 Tesla.
___

Na magnetsko polje Zemlje utječe povećana sunčeva aktivnost. Otprilike jednom svakih 11,5 godina, toliko se povećava da je radio komunikacija poremećena, dobrobit ljudi i životinja pogoršava, a igle kompasa počinju nepredvidivo "plesati" s jedne strane na drugu. U ovom slučaju kažu da dolazi magnetska oluja. Obično traje od nekoliko sati do nekoliko dana.

Zemljino magnetsko polje s vremena na vrijeme mijenja svoju orijentaciju, čineći kako sekularne fluktuacije (u trajanju od 5-10 tisuća godina), tako i potpuno preorijentiranje, t.j. okretanje magnetskih polova (2-3 puta na milijun godina). Na to ukazuje magnetsko polje dalekih epoha "zamrznuto" u sedimentnim i vulkanskim stijenama. Ponašanje geomagnetskog polja ne može se nazvati kaotičnim, ono se pokorava svojevrsnom "rasporedu".

Smjer i veličinu geomagnetskog polja određuju procesi koji se odvijaju u Zemljinoj jezgri. Karakteristično vrijeme obrata polariteta, određeno unutarnjom čvrstom jezgrom, je od 3 do 5 tisuća godina, a određeno vanjskom tekućom jezgrom je oko 500 godina. Ova vremena mogu objasniti promatranu dinamiku geomagnetskog polja. Računalno modeliranje uzimajući u obzir razne unutarzemaljske procese, pokazao je mogućnost preokreta magnetskog polja za oko 5 tisuća godina.

FOKUSIRANJE MAGNETIMA

"Hram čari, ili mehanički, optički i fizički ormar gospodina Gamuletskog de Colla" poznatog ruskog iluzionista Gamuletskog, koji je postojao do 1842., proslavio se, između ostalog, i po tome što se posjetitelji penju uz stepenice ukrašene kandelabra i sagovima sagovima još izdaleka mogao primijetiti gornja platforma stepenice, pozlaćeni lik anđela, izrađen u prirodnom ljudskom rastu, koji je u vodoravnom položaju lebdio iznad uredskih vrata bez vješanja ili oslonca. Svatko se mogao uvjeriti da figura nema oslonca. Kada su posjetitelji ušli na platformu, anđeo je podigao ruku, prinio rog ustima i zasvirao, pomičući prste na najprirodniji način. Deset godina, rekao je Gamuletsky, trudim se pronaći točku i težinu magneta i željeza kako bih anđela zadržao u zraku. Osim rada, za ovo čudo sam utrošio i dosta novca.

U srednjem vijeku takozvane "poslušne ribe", napravljene od drveta, bile su vrlo čest iluzioni broj. Plivali su u bazenu i poslušali i najmanji mah mađioničareve ruke, zbog čega su se kretali na sve moguće strane. Tajna trika bila je krajnje jednostavna: magnet je bio skriven u rukavu mađioničara, a komadići željeza umetnuti su u glave riba.
Vremenom su nam bliže bile manipulacije Engleza Jonasa. Njegov potpisni broj: Jonas je pozvao neke gledatelje da stave sat na stol, nakon čega je on, ne dodirujući sat, samovoljno promijenio položaj kazaljki.
Suvremeno utjelovljenje takve ideje su elektromagnetske spojke, dobro poznate električarima, uz pomoć kojih je moguće rotirati uređaje odvojene od motora nekom vrstom prepreka, na primjer, zidom.

Sredinom 80-ih godina 19. stoljeća prohujala je glasina o slonu znanstveniku, koji je mogao ne samo zbrajati i oduzimati, već čak i množiti, dijeliti i vaditi korijene. To je učinjeno na sljedeći način. Trener je, na primjer, pitao slona: "Koliko je sedam osam?" Ispred slona je bila ploča s brojevima. Nakon pitanja, slon je uzeo pokazivač i samouvjereno pokazao broj 56. Na isti način izvršena je podjela i vađenje. korijen. Trik je bio dovoljno jednostavan: ispod svakog broja na ploči bio je skriven mali elektromagnet. Kada je slonu postavljeno pitanje, struja je dovedena do namota magneta koji se nalazi što znači točan odgovor. Željezni pokazivač u slonovom surlu sam je privukao točan broj. Odgovor je stigao automatski. Unatoč jednostavnosti ovog treninga, tajna trika se dugo nije mogla razotkriti, a "učeni slon" je uživao u ogromnom uspjehu.

Bez sumnje, linije magnetskog polja sada su svima poznate. Barem, čak iu školi, njihova se manifestacija pokazuje u nastavi fizike. Sjećate li se kako je učitelj stavio trajni magnet (ili čak dva, kombinirajući orijentaciju njihovih polova) ispod lista papira, a na njega je izlio metalne strugotine snimljene u sobi za obuku? Sasvim je jasno da se metal morao držati na limu, ali je uočeno nešto čudno - jasno su se iscrtale linije duž kojih se nizala piljevina. Primijetite - ne ravnomjerno, već u prugama. To su linije magnetskog polja. Ili bolje rečeno, njihova manifestacija. Što se tada dogodilo i kako se to može objasniti?

Krenimo izdaleka. Zajedno s nama u vidljivom fizičkom svijetu koegzistira posebna vrsta materije - magnetsko polje. Omogućuje interakciju između kretanja elementarne čestice ili veća tijela sa električno punjenje ili prirodni električni i ne samo da su međusobno povezani, već često i sami stvaraju. Na primjer, nošenje žice struja stvara magnetsko polje oko sebe. Vrijedi i obrnuto: djelovanjem izmjeničnih magnetskih polja na zatvoreni vodljivi krug stvara se kretanje nositelja naboja u njemu. Potonje svojstvo koristi se u generatorima koji opskrbljuju električnom energijom sve potrošače. Upečatljiv primjer elektromagnetskih polja je svjetlost.

Linije sile magnetskog polja oko vodiča rotiraju ili, što je također točno, karakteriziraju usmjereni vektor magnetske indukcije. Smjer rotacije određen je pravilom gimleta. Označene linije su konvencija, budući da se polje ravnomjerno širi u svim smjerovima. Stvar je u tome što se može prikazati kao beskonačan broj linija, od kojih neke imaju izraženiju napetost. Zato su neke "crte" jasno ucrtane u piljevini. Zanimljivo je da se linije sile magnetskog polja nikada ne prekidaju, pa je nemoguće jednoznačno reći gdje je početak, a gdje kraj.

U slučaju trajnog magneta (ili sličnog elektromagneta), uvijek postoje dva pola koja su primila konvencionalna imena Sjever i Jug. Linije koje se spominju u ovom slučaju su prstenovi i ovali koji povezuju oba pola. Ponekad se to opisuje u terminima međudjelujućih monopola, ali tada se javlja kontradikcija prema kojoj se monopoli ne mogu razdvojiti. To jest, svaki pokušaj podjele magneta rezultirat će nekoliko bipolarnih dijelova.

Od velikog su interesa svojstva linija sile. Već smo govorili o kontinuitetu, ali sposobnost stvaranja električne struje u vodiču je od praktičnog interesa. Značenje ovoga je sljedeće: ako se vodljivi krug križa linijama (ili se sam vodič kreće u magnetskom polju), tada se dodatna energija prenosi elektronima u vanjskim orbitama atoma materijala, što im omogućuje započeti samostalno usmjereno kretanje. Može se reći da se čini da magnetsko polje "izbija" nabijene čestice kristalna rešetka. Ovaj fenomen je dobio ime elektromagnetska indukcija i trenutno je glavni način dobivanja primarne električna energija. Eksperimentalno ju je 1831. godine otkrio engleski fizičar Michael Faraday.

Proučavanje magnetskih polja počelo je već 1269. godine, kada je P. Peregrine otkrio interakciju sfernog magneta sa čeličnim iglama. Gotovo 300 godina kasnije, W. G. Colchester je sugerirao da je on sam veliki magnet s dva pola. Nadalje, magnetske fenomene proučavali su poznati znanstvenici kao što su Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein itd.

Magnetno polje - moć polje , djelujući na pokretne električne naboje i na tijela sa magnetski trenutak, bez obzira na stanje njihova kretanja;magnetski komponenta elektromagnetskog polja .

Linije magnetskog polja su imaginarne linije, tangente na koje se u svakoj točki polja poklapaju u smjeru s vektorom magnetske indukcije.

Za magnetsko polje vrijedi princip superpozicije: u svakoj točki u prostoru, vektor magnetske indukcije B∑ → B∑→stvorena u ovoj točki od strane svih izvora magnetskih polja jednaka je vektorskom zbroju vektora magnetske indukcije bk→ Bk→u ovom trenutku stvaraju svi izvori magnetskih polja:

28. Biot-Savart-Laplaceov zakon. Potpuni važeći zakon.

Formulacija zakona Biota Savarta Laplacea je sljedeća: Prilikom polaganja istosmjerna struja duž zatvorene petlje u vakuumu, za točku na udaljenosti r0 od petlje, magnetska indukcija će imati oblik.

gdje sam struja u strujnom kolu

gama kontura duž koje se vrši integracija

r0 proizvoljna točka

Potpuni važeći zakon ovo je zakon koji se odnosi na cirkulaciju vektora jakosti magnetskog polja i struje.

Kruženje vektora jakosti magnetskog polja duž kruga jednaka je algebarskom zbroju struja koje pokriva ovaj krug.

29. Magnetno polje vodiča sa strujom. Magnetski moment kružne struje.

30. Djelovanje magnetskog polja na vodič sa strujom. Amperov zakon. Interakcija struja .

F = B I l sinα ,

gdje α - kut između vektora magnetske indukcije i struje,B - indukcija magnetskog polja,ja - struja u vodiču,l - duljina vodiča.

Interakcija struja. Ako su dvije žice uključene u DC krug, tada: Blisko raspoređeni paralelno spojeni vodiči međusobno se odbijaju. Paralelno spojeni vodiči se međusobno privlače.

31. Djelovanje električnog i magnetskog polja na naboj koji se kreće. Lorentzova sila.

Lorentzova sila - sila, sa kojim elektromagnetsko polje prema klasičnom (nekvantnom) elektrodinamika djeluje na točka naplaćeno čestica. Ponekad se Lorentzovom silom naziva sila koja djeluje na kretanje brzinom naplatiti samo sa strane magnetsko polje, često punom snagom - općenito od elektromagnetskog polja , drugim riječima, sa strane električni i magnetski polja.

32. Djelovanje magnetskog polja na materiju. Dia-, para- i feromagneti. Magnetska histereza.

B= B 0 + B 1

gdje B⃗ B → - indukcija magnetskog polja u materiji; B⃗ 0 B→0 - indukcija magnetskog polja u vakuumu, B⃗ 1 B→1 - magnetska indukcija polja koja je nastala uslijed magnetiziranja tvari.

Tvari kod kojih je magnetska propusnost nešto manja od jedinice (μ< 1), называются dijamagneti, nešto veće od jedan (μ > 1) - paramagneti.

feromagnet - tvar ili materijal u kojem se pojava promatra feromagnetizam, tj. pojava spontane magnetizacije na temperaturi ispod Curieove temperature.

Magnetski histereza - fenomen ovisnosti vektor magnetizacija i vektor magnetski polja u materija ne samo iz u prilogu vanjski polja, ali i iz pozadini ovaj uzorak