Mit tudunk a mágneses tér erővonalairól azon kívül, hogy a lokális térben az állandó mágnesek vagy áramvezetők közelében van olyan mágneses tér, amely erővonalak formájában, vagy inkább más módon nyilvánul meg. ismerős kombináció - mágneses erővonalak formájában?

Van egy nagyon kényelmes módja vasreszelék segítségével tiszta képet kapjon a mágneses erővonalakról. Ehhez öntsön egy kis vasreszeléket egy papír- vagy kartonlapra, és alulról hozza a mágnes egyik pólusát. A fűrészpor mágnesezett és a mágneses erővonalak mentén mikromágnesek láncok formájában elrendeződik. A klasszikus fizikában mágneses erővonalak egy mágneses tér vonalaiként definiálhatók, amelyek érintői minden pontban jelzik a tér irányát az adott pontban.

Több, a mágneses erővonalak különböző elrendezésű rajzának példáján tekintsük át az áramvezetők és az állandó mágnesek körüli mágneses tér természetét.

Az 1. ábra egy kör alakú tekercs mágneses erővonalait mutatja árammal, a 2. ábrán pedig az árammal működő egyenes vezeték körüli mágneses erővonalak képe. A 2. ábrán fűrészpor helyett kis mágneses tűket használnak. Ez az ábra azt mutatja, hogy az áram irányának változásával a mágneses erővonalak iránya is megváltozik. Az áram iránya és a mágneses erővonalak iránya közti összefüggést általában a "kardszíj szabálya" segítségével határozzák meg, melynek fogantyújának forgása megmutatja a mágneses erővonalak irányát, ha a kardánt becsavarják. az áram irányába.

A 3. ábra egy rúdmágnes mágneses erővonalainak képe, a 4. ábra pedig egy hosszú, árammal működő mágneses erővonalak képe. Felhívjuk a figyelmet a mágneses erővonalak külső elhelyezkedésének hasonlóságára mindkét ábrán (3. és 4. ábra). Az áramvezető mágnesszelep egyik végétől az erővonalak ugyanúgy átnyúlnak a másikig, mint egy rúdmágnes. A mágneses erővonalak alakja a mágnesszelepen kívül az árammal megegyezik a rúdmágnes vonalainak alakjával. Az áramvezető mágnesszelepnek északi és déli pólusa, valamint semleges zónája is van. Két áramvezető szolenoid vagy egy szolenoid és egy mágnes úgy működik együtt, mint két mágnes.

Mit láthat az állandó mágnesek mágneses mezőiről, az egyenes áramú vezetőkről vagy a vasreszelékkel ellátott tekercsekről? fő jellemzője mágneses erővonalak, amint azt a fűrészpor helyéről készült képek mutatják, ez az elszigeteltségük. A mágneses erővonalak másik jellemzője az irányultságuk. A mágneses tér bármely pontjára elhelyezett kis mágneses tű északi pólusával jelzi a mágneses erővonalak irányát. A határozottság kedvéért megegyeztünk abban, hogy a mágneses erővonalak egy rúdmágnes északi mágneses pólusából erednek, és belépnek annak déli pólusába. A mágnesek vagy áramvezetők közelében lévő lokális mágneses tér folytonos rugalmas közeg. Ennek a közegnek a rugalmasságát számos kísérlet igazolja, például amikor az állandó mágnesek azonos nevű pólusait taszítják.

Már korábban is feltételeztem, hogy a mágnesek vagy áramvezető vezetők körüli mágneses tér egy folytonos, mágneses tulajdonságokkal rendelkező rugalmas közeg, amelyben interferenciahullámok keletkeznek. Néhány ilyen hullám zárva van. Ebben a folytonos elasztikus közegben mágneses erővonalak interferenciamintázata jön létre, amely vasreszelék alkalmazásával nyilvánul meg. Az anyag mikroszerkezetében lévő források sugárzása folytonos közeget hoz létre.

Idézzük fel a hulláminterferenciával kapcsolatos kísérleteket egy fizika tankönyvből, amelyben egy két hegyű rezgő lemez ütközik a vízbe. Ebben a kísérletben látható, hogy a kölcsönös metszéspont alatt különböző szögek két hullám nincs hatással a további mozgásukra. Más szóval, a hullámok áthaladnak egymáson anélkül, hogy tovább befolyásolnák mindegyik terjedését. A fény (elektromágneses) hullámokra ugyanez a szabályosság igaz.

Mi történik a tér azon területein, ahol két hullám metszi egymást (5. ábra) – egymásra helyezve? A közeg minden részecskéje, amely egyidejűleg két hullám útjában áll, részt vesz ezeknek a hullámoknak a rezgésében, azaz. mozgása két hullám rezgésének összege. Ezek az ingadozások interferenciahullámok mintázatai, amelyek maximumai és minimumai két ill. több hullámok, azaz. oszcillációik hozzáadásával a közeg minden pontján, amelyen ezek a hullámok áthaladnak. Kísérletek kimutatták, hogy az interferencia jelensége megfigyelhető mind a közegben terjedő, mind pedig a hullámok esetében elektromágneses hullámok, vagyis az interferencia kizárólag a hullámok sajátossága, és nem függ sem a közeg tulajdonságaitól, sem annak jelenlététől. Emlékeztetni kell arra, hogy a hulláminterferencia akkor lép fel, ha az oszcillációk koherensek (illesztettek), azaz. a rezgéseknek állandó fáziskülönbséggel és azonos frekvenciával kell rendelkezniük.

Esetünkben vasreszelékkel mágneses erővonalak-vel vannak vonalak a legnagyobb számban Az interferenciahullámok maximumain elhelyezkedő fűrészpor, az interferenciahullámok maximumai (minimumai) között pedig a kisebb mennyiségű fűrészporral rendelkező vonalak helyezkednek el.

A fenti hipotézis alapján a következő következtetések vonhatók le.

1. A mágneses tér olyan közeg, amely a mágnes mikroszerkezetében vagy az egyes mikromágneses hullámok vezetőjében lévő forrásokból származó sugárzás eredményeként állandó mágnes vagy áramvezető vezeték közelében képződik.

2. Ezek a mikromágneses hullámok a mágneses tér minden pontján kölcsönhatásba lépnek, és mágneses erővonalak formájában interferenciamintát alkotnak.

3. A mikromágneses hullámok zárt mikroenergia-örvények, amelyek mikropólusai képesek egymáshoz vonzódni, rugalmas zárt vonalakat alkotva.

4. Az anyag mikroszerkezetében lévő mikromágneses hullámokat kibocsátó mikroforrások, amelyek mágneses tér interferenciamintázatát alkotják, azonos rezgési frekvenciájúak, sugárzásuk időben állandó fáziskülönbséggel rendelkezik.

Hogyan zajlik le a testek mágnesezési folyamata, amely mágneses tér kialakulásához vezet körülöttük, i.e. milyen folyamatok mennek végbe a mágnesek és az áramvezetők mikroszerkezetében? Ennek és más kérdéseknek a megválaszolásához fel kell idézni az atom szerkezetének néhány jellemzőjét.

Így a mágneses tér indukciója a kör alakú tekercs tengelyén árammal fordított arányban csökken a tekercs középpontja és a tengely egy pontja közötti távolság harmadik hatványával. A mágneses indukció vektora a tekercs tengelyén párhuzamos a tengellyel. Iránya a megfelelő csavar segítségével határozható meg: ha a jobb oldali csavart a tekercs tengelyével párhuzamosan irányítja és a tekercsben lévő áram irányába forgatja, akkor a csavar transzlációs mozgásának iránya mutatja az irányt. a mágneses indukciós vektor.

3.5 Mágneses erővonalak

A mágneses mező az elektrosztatikushoz hasonlóan kényelmesen ábrázolható grafikus formában - mágneses erővonalak segítségével.

A mágneses tér erővonala egy olyan egyenes, amelynek érintője minden pontban egybeesik a mágneses indukciós vektor irányával.

A mágneses tér erővonalait úgy húzzuk meg, hogy sűrűségük arányos legyen a mágneses indukció nagyságával: minél nagyobb a mágneses indukció egy adott pontban, annál nagyobb az erővonalak sűrűsége.

Így a mágneses erővonalak hasonlóak az elektrosztatikus erővonalakhoz.

Van azonban néhány sajátosságuk is.

Tekintsünk egy mágneses teret, amelyet egy egyenes vezető hoz létre I áramerősséggel.

Legyen ez a vezető merőleges az ábra síkjára.

A vezetőtől azonos távolságra lévő különböző pontokon az indukció azonos nagyságú.

vektor iránya BAN BEN ban ben különböző pontokatábrán látható.

Az az egyenes, amelynek minden pontjában az érintője egybeesik a mágneses indukciós vektor irányával, egy kör.

Ezért a mágneses erővonalak ebben az esetben a vezetőt körülvevő körök. Az összes erővonal középpontja a vezetőn található.

Így a mágneses tér erővonalai zártak (az elektrosztatikus tér erővonalai nem zárhatók, töltéseken kezdődnek és végződnek).

Ezért a mágneses tér az örvény(az ún. mezők, amelyek erővonalai zártak).

Az erővonalak zártsága a mágneses tér egy másik, nagyon fontos jellemzőjét jelenti - a természetben nincsenek (legalábbis még fel nem fedezett) olyan mágneses töltések, amelyek egy bizonyos polaritású mágneses tér forrása lennének.

Ezért a mágnesnek nincs külön létező északi vagy déli mágneses pólusa.

Még ha egy állandó mágnest félbe is lát, két mágnest kap, amelyek mindegyikének mindkét pólusa van.

3.6. Lorentz erő

Kísérletileg megállapították, hogy a mágneses térben mozgó töltésre erő hat. Ezt az erőt Lorentz-erőnek nevezik:

.

Lorentz erőmodulus

,

ahol a a vektorok közötti szög v És B .

A Lorentz-erő iránya a vektor irányától függ. Meghatározható a jobb oldali csavaros vagy a bal oldali szabállyal. De a Lorentz-erő iránya nem feltétlenül esik egybe a vektor irányával!

A lényeg az, hogy a Lorentz-erő egyenlő a vektor szorzatának eredményével [ v , BAN BEN ] skalárhoz q. Ha a töltés pozitív, akkor F l párhuzamos a vektorral [ v , BAN BEN ]. Ha q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , BAN BEN ] (lásd az ábrát).

Ha egy töltött részecske párhuzamosan mozog a mágneses erővonalakkal, akkor a sebesség és a mágneses indukciós vektorok közötti a szög nulla. Ezért a Lorentz-erő nem hat ilyen töltésre (sin 0 = 0, F l = 0).

Ha a töltés merőlegesen mozog a mágneses erővonalakra, akkor a sebesség és a mágneses indukcióvektorok közötti a szög 90 0 . Ebben az esetben a Lorentz-erő a lehető legnagyobb értékkel rendelkezik: F l = q v B.

A Lorentz-erő mindig merőleges a töltés sebességére. Ez azt jelenti, hogy a Lorentz-erő nem tudja megváltoztatni a mozgási sebesség nagyságát, hanem megváltoztatja annak irányát.

Ezért egyenletes mágneses térben az erővonalaira merőleges mágneses térbe repült töltés körben fog mozogni.

Ha csak a Lorentz-erő hat a töltésre, akkor a töltés mozgása a következő, Newton második törvénye alapján összeállított egyenletnek engedelmeskedik: ma = F l.

Mivel a Lorentz-erő merőleges a sebességre, a töltött részecske gyorsulása centripetális (normális): (itt R a töltött részecske pályájának görbületi sugara).

Mágneses erővonalak

A mágneses terek az elektromos mezőkhöz hasonlóan grafikusan ábrázolhatók erővonalak segítségével. A mágneses térerővonal vagy a mágneses tér indukciós vonala olyan egyenes, amelynek érintője minden pontban egybeesik a mágneses tér indukciós vektorának irányával.

de)	b)	ban ben)

Rizs. 1.2. Az egyenáramú mágneses tér erővonalai (a),

köráram (b), mágnesszelep (c)

A mágneses erővonalak, mint az elektromos vonalak, nem metszik egymást. Olyan sűrűséggel vannak megrajzolva, hogy a rájuk merőleges egységnyi felületet keresztező vonalak száma egyenlő legyen (vagy arányos) a mágneses tér adott helyen történő mágneses indukciójának nagyságával.

ábrán 1.2 de láthatóak az egyenáramú mező erővonalai, amelyek koncentrikus körök, amelyek középpontja az áramtengelyen helyezkedik el, az irányt pedig a jobb oldali csavar szabálya határozza meg (a vezetőben az áram a olvasó).

A mágneses indukció vonalai „megmutathatók” vasreszelékek segítségével, amelyek a vizsgált mezőben mágnesezettek, és kis mágneses tűként viselkednek. ábrán 1.2 b a köráram mágneses terének erővonalait mutatja. A szolenoid mágneses tere az ábrán látható. 1.2 ban ben.

A mágneses tér erővonalai zártak. A zárt erővonalú mezőket nevezzük örvénymezők. Nyilvánvaló, hogy a mágneses tér örvénymező. Ez a lényeges különbség a mágneses és az elektrosztatikus mező között.

Elektrosztatikus térben az erővonalak mindig nyitottak: elektromos töltéseken kezdődnek és végződnek. A mágneses erővonalaknak nincs se kezdete, se vége. Ez megfelel annak, hogy a természetben nincsenek mágneses töltések.

1.4. Biot-Savart-Laplace törvény

J. Biot és F. Savard francia fizikusok 1820-ban tanulmányozták a vékony vezetékeken átfolyó áramok által létrehozott mágneses tereket. különféle formák. Laplace elemezte a Biot és Savart által nyert kísérleti adatokat, és megállapította a Biot–Savart–Laplace törvénynek nevezett kapcsolatot.

E törvény szerint bármely áram mágneses mezőjének indukciója kiszámítható az áram egyes elemi szakaszai által létrehozott mágneses mezők indukcióinak vektorösszegeként (szuperpozíciójaként). A hosszúságú áramelem által létrehozott mező mágneses indukciójára Laplace a következő képletet kapta:

, (1.3)

ahol egy vektor, modulo egyenlő a vezetőelem hosszával és egybeesik az árammal (1.3. ábra); a sugárvektor az elemtől a pontig húzott sugárvektor, ahol ; a sugárvektor modulusa.

> Mágneses erővonalak

Hogyan határozzuk meg mágneses erővonalak: mágneses erővonalak erősségének és irányának diagramja, iránytű segítségével a mágneses pólusok meghatározására, rajz.

Mágneses erővonalak hasznos a mágneses tér erősségének és irányának vizuális megjelenítéséhez.

Tanulási feladat

• Korrelálja a mágneses tér erősségét a mágneses tér vonalainak sűrűségével!

Főbb pontok

• A mágneses tér iránya azt mutatja, hogy az iránytű tűi megérintik a mágneses erővonalakat egy adott ponton.
• A B-mező erőssége fordítottan arányos a vonalak távolságával. Pontosan arányos az egységnyi területre eső vonalak számával is. Egy vonal soha nem keresztezi a másikat.
• A mágneses tér a tér minden pontján egyedi.
• A vonalak nem szakadnak meg, és zárt hurkokat hoznak létre.
• A vonalak északtól a déli pólusig húzódnak.

Feltételek

• A mágneses térvonalak a mágneses tér nagyságának és irányának grafikus ábrázolása.
• A B-mező a mágneses mező szinonimája.

Mágneses erővonalak

Albert Einsteinről azt mondják, hogy gyermekkorában szeretett az iránytűre nézni, és arra gondolt, hogy a tű milyen erőt érzett közvetlen fizikai érintkezés nélkül. A mély gondolkodás és a komoly érdeklődés oda vezetett, hogy a gyermek felnőtt, és megalkotta forradalmi relativitáselméletét.

Mivel a mágneses erők befolyásolják a távolságokat, ezeknek az erőknek a megjelenítésére mágneses mezőket számítunk. A vonalgrafika hasznos a mágneses mező erősségének és irányának megjelenítéséhez. A vonalak megnyúlása az iránytű tű északi tájolását jelzi. A mágnest B-mezőnek nevezzük.

(a) - Ha egy kis iránytűt használnak egy rúdmágnes körüli mágneses mező összehasonlítására, akkor az megjelenik jó irány az északi pólustól dél felé. (b) - Nyilak hozzáadása létrehozza folytonos vonalak mágneses mező. Az erősség arányos a vonalak közelségével. (c) - Ha meg tudja vizsgálni a mágnes belsejét, akkor a vonalak zárt hurok formájában jelennek meg

Nincs semmi nehéz egy tárgy mágneses mezőjének megfeleltetésében. Először is számítsa ki a mágneses tér erősségét és irányát több helyen. Jelölje meg ezeket a pontokat a lokális mágneses tér irányába mutató, annak erősségével arányos nagyságú vektorokkal. Kombinálhatja a nyilakat és mágneses erővonalakat alakíthat ki. Az irány bármely pontban párhuzamos lesz a legközelebbi térvonalak irányával, és a helyi sűrűség arányos lehet az erősséggel.

A mágneses tér erővonalai a kontúrvonalakhoz hasonlítanak topográfiai térképek, mert valami folyamatosat mutatnak. A mágnesesség számos törvénye egyszerűen megfogalmazható, például a felületen áthaladó erővonalak száma.

A mágneses erővonalak iránya, amelyet a rúdmágnes fölé helyezett papíron lévő vasreszelékek egymáshoz igazítása jelent

Különféle jelenségek befolyásolják a vonalak megjelenítését. Például a mágneses erővonalon lévő vasreszelék olyan vonalakat hoznak létre, amelyek megfelelnek a mágneseseknek. Az aurórákban vizuálisan is megjelennek.

A mezőre küldött kis iránytű párhuzamos a mezővonallal, az északi pólus pedig B felé mutat.

Miniatűr iránytűk használhatók a mezők megjelenítésére. (a) - A körkörös áramkör mágneses tere mágnesesre hasonlít. (b) - Egy hosszú és egyenes vezeték mágneses erővonalakkal körkörös hurkokat hoz létre. (c) - Ha a huzal a papír síkjában van, a mező merőleges a papírra. Jegyezze meg, hogy a be- és kifelé mutató doboz mely szimbólumokat használja

A mágneses terek részletes tanulmányozása számos fontos szabály levezetésében segített:

• A mágneses tér iránya a tér bármely pontján érinti a térvonalat.
• A térerősség arányos a vonal közelségével. Pontosan arányos az egységnyi területre eső vonalak számával is.
• A mágneses tér vonalai soha nem ütköznek, ami azt jelenti, hogy a tér bármely pontján egyedi lesz a mágneses tér.
• A vonalak folyamatosak maradnak, és az északi pólustól a déli pólusig következnek.

Az utolsó szabály azon alapul, hogy a pólusok nem választhatók szét. És ez különbözik a vonalaktól elektromos mező, amelyben a végét és a kezdetét pozitív és negatív töltések jelzik.

Témák HASZNÁLJON kodifikátort : mágnesek kölcsönhatása, egy vezető mágneses tere az árammal.

Az anyag mágneses tulajdonságait régóta ismerik az emberek. A mágnesek nevüket Magnesia ősi városáról kapták: környékén elterjedt egy ásvány (később mágneses vasércnek vagy magnetitnek nevezték), amelynek darabjai vonzották a vastárgyakat.

Mágnesek kölcsönhatása

Mindegyik mágnes két oldalán találhatók északi sarkÉs Déli-sark. Két mágnest ellentétes pólusok vonzzák egymáshoz, és hasonló pólusok taszítják. A mágnesek vákuumon keresztül is hatnak egymásra! Mindez azonban az elektromos töltések kölcsönhatására emlékeztet a mágnesek kölcsönhatása nem elektromos. Ezt bizonyítják a következő kísérleti tények.

A mágneses erő gyengül, ha a mágnest felmelegítik. A ponttöltések kölcsönhatásának erőssége nem függ a hőmérsékletüktől.

A mágneses erő gyengül a mágnes rázásával. Az elektromosan töltött testekkel semmi hasonló nem történik.

Pozitív elektromos töltések elválaszthatók a negatívaktól (például testek villamosításánál). A mágnes pólusait azonban nem lehet szétválasztani: ha a mágnest két részre vágod, akkor a vágási ponton is megjelennek a pólusok, és a mágnes két, egymással ellentétes pólusú mágnesre bomlik (pontosan ugyanabban az irányban) úgy, mint az eredeti mágnes pólusai).

Szóval a mágnesek mindig bipoláris, csak formában léteznek dipólusok. Elszigetelt mágneses pólusok (ún mágneses monopólusok- az elektromos töltés analógjai) a természetben nem léteznek (mindenesetre kísérletileg még nem észlelték őket). Talán ez a leglenyűgözőbb aszimmetria az elektromosság és a mágnesesség között.

Az elektromosan töltött testekhez hasonlóan a mágnesek is hatnak az elektromos töltésekre. A mágnes azonban csak rá hat mozgó díj; Ha a töltés nyugalomban van a mágneshez képest, akkor nem hat mágneses erő a töltésre. Éppen ellenkezőleg, egy villamosított test bármilyen töltésre hat, függetlenül attól, hogy nyugalomban van-e vagy mozgásban van.

A rövid hatótávolságú cselekvés elméletének modern koncepciói szerint a mágnesek kölcsönhatása keresztül megy végbe mágneses mező Egy mágnes ugyanis mágneses teret hoz létre a környező térben, amely egy másik mágnesre hat, és látható vonzást vagy taszítást okoz ezeknek a mágneseknek.

Példa a mágnesre mágneses tű iránytű. A mágneses tű segítségével meg lehet ítélni a mágneses tér jelenlétét a tér adott tartományában, valamint a tér irányát.

A Föld bolygónk egy óriási mágnes. A Föld földrajzi északi pólusától nem messze található a déli mágneses pólus. Ezért az iránytű tű északi vége a Föld déli mágneses pólusa felé fordulva a földrajzi északra mutat. Valójában ezért keletkezett a mágnes „északi pólusának” a neve.

Mágneses erővonalak

Emlékezünk rá, hogy az elektromos teret kis próbatöltések segítségével vizsgálják, amelyek alapján meg lehet ítélni a tér nagyságát és irányát. A teszttöltés analógja mágneses tér esetén egy kis mágneses tű.

Például geometriai képet kaphat a mágneses mezőről, ha nagyon kis iránytűtűket helyez el a tér különböző pontjain. A tapasztalat azt mutatja, hogy a nyilak bizonyos vonalak mentén sorakoznak majd – az ún mágneses erővonalak. Határozzuk meg ezt a fogalmat a formában következő három pontokat.

1. A mágneses tér vonalai vagy mágneses erővonalak olyan irányított vonalak a térben, amelyek a következő tulajdonsággal rendelkeznek: egy kis iránytű, amely az ilyen vonal minden pontjában van elhelyezve, érintőlegesen irányul ehhez a vonalhoz..

2. A mágneses erővonal iránya az iránytűk északi végeinek iránya, amelyek ennek a vonalnak a pontjain találhatók.

3. Minél vastagabbak a vonalak, annál erősebb a mágneses tér a tér adott régiójában..

Az iránytű tűk szerepét a vasreszelék sikeresen betölthetik: a mágneses térben a kis reszelékek mágneseződnek, és pontosan úgy viselkednek, mint a mágneses tűk.

Tehát, miután vasreszeléket öntünk egy állandó mágnes köré, körülbelül a következő képet fogjuk látni a mágneses erővonalakról (1. ábra).

Rizs. 1. Állandó mágneses tér

A mágnes északi pólusa kékkel és betűvel van jelölve; a déli pólus - pirossal és a betűvel . Vegye figyelembe, hogy a térvonalak kilépnek a mágnes északi pólusából, és belépnek a déli pólusba, mivel az iránytű tű északi vége a mágnes déli pólusára mutat.

Oersted tapasztalata

Bár elektromos és mágneses jelenségek az ókor óta ismerték az emberek, nincs kapcsolat közöttük hosszú idő nem figyelték meg. Az elektromosság és a mágnesesség kutatása több évszázadon keresztül párhuzamosan és egymástól függetlenül folyt.

Arra a figyelemre méltó tényre, hogy az elektromos és a mágneses jelenségek valójában kapcsolatban állnak egymással, először 1820-ban fedezték fel Oersted híres kísérletében.

Az Oersted-féle kísérlet sémája az 1. ábrán látható. 2 (kép az rt.mipt.ru webhelyről). A mágnestű (és - a nyíl északi és déli pólusa) felett egy áramforráshoz csatlakoztatott fémvezető található. Ha lezárja az áramkört, akkor a nyíl merőlegesen fordul a vezetőre!
Ez az egyszerű kísérlet közvetlenül az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatára mutatott rá. Az Oersted tapasztalatait követő kísérletek szilárdan a következő mintát erősítették meg: mágneses mező keletkezik elektromos áramokés áramokra hat.

Rizs. 2. Oersted kísérlete

Az árammal rendelkező vezető által generált mágneses mező vonalainak képe a vezető alakjától függ.

Egyenes vezeték mágneses tere árammal

Az áramot hordozó egyenes vezeték mágneses erővonalai koncentrikus körök. Ezeknek a köröknek a középpontja a vezetéken fekszik, síkjaik pedig merőlegesek a vezetékre (3. ábra).

Rizs. 3. Egyenáramú vezeték mezeje

Az egyenáramú mágneses erővonalak irányának meghatározására két alternatív szabály létezik.

óramutató szabály. A mezővonalak az óramutató járásával ellentétes irányba haladnak, ha nézzük, így az áram felénk folyik..

csavaros szabály(vagy gimlet szabály, vagy dugóhúzó szabály- ez közelebb áll valakihez ;-)). A mezővonalak oda mennek, ahol a csavart (hagyományos jobbmenetes) el kell forgatni, hogy a menet mentén az áram irányába mozogjon.

Használja azt a szabályt, amelyik a legjobban megfelel Önnek. Jobb, ha megszokja az óramutató járásával megegyező irányú szabályt – később maga is látni fogja, hogy univerzálisabb és könnyebben használható (majd hálásan emlékszik rá az első évben, amikor analitikus geometriát tanul).

ábrán 3, valami új is megjelent: ez egy vektor, amit ún mágneses tér indukció, vagy mágneses indukció. A mágneses indukciós vektor az elektromos térerősség vektorának analógja: szolgál teljesítmény jellemző mágneses tér, amely meghatározza azt az erőt, amellyel a mágneses tér a mozgó töltésekre hat.

A mágneses térben fellépő erőkről később lesz szó, de egyelőre csak annyit jegyezzünk meg, hogy a mágneses tér nagyságát és irányát a mágneses indukciós vektor határozza meg. A tér minden pontjában a vektor ugyanabba az irányba van irányítva, mint az iránytű e pontban elhelyezett tűjének északi vége, nevezetesen a mező irányvonalának érintője ennek a vonalnak az irányában. A mágneses indukció mértéke teslach(Tl).

Mint az elektromos tér esetében, a mágneses tér indukciójához, szuperpozíció elve. Ez abban rejlik, hogy Az adott ponton különböző áramok által létrehozott mágneses mezők indukcióját vektorosan összeadjuk, és a kapott mágneses indukció vektorát adjuk meg:.

Egy tekercs mágneses tere árammal

Tekintsünk egy körtekercset, amely mentén kering D.C.. Az ábrán nem mutatjuk be az áramot létrehozó forrást.

A kanyarunk mezőjének vonalainak képe megközelítőleg a következő alakú lesz (4. ábra).

Rizs. 4. A tekercs mezeje árammal

Fontos lesz, hogy meg tudjuk határozni, melyik féltérbe (a tekercs síkjához viszonyítva) irányul a mágneses tér. Ismét két alternatív szabályunk van.

óramutató szabály. A mezővonalak oda mennek, onnan nézve, ahonnan az áram az óramutató járásával ellentétes irányban kering.

csavaros szabály. A térvonalak oda mennek, ahol a csavar (hagyományos jobbmenettel) elmozdulna, ha az áram irányába forgatják.

Mint látható, az áram és a mező szerepe felcserélődik - összehasonlítva ezen szabályok egyenáram esetén megfogalmazott megfogalmazásával.

Egy tekercs mágneses tere árammal

Tekercs kiderül, ha szorosan, tekercsről tekercsre tekerjük a vezetéket egy kellően hosszú spirálba (5. ábra - kép az en.wikipedia.org webhelyről). A tekercsnek több tíz, száz vagy akár több ezer fordulata is lehet. A tekercset is hívják szolenoid.

Rizs. 5. Tekercs (szolenoid)

Egy fordulat mágneses tere, mint tudjuk, nem tűnik túl egyszerűnek. Mezők? A tekercs egyes menetei egymásra vannak helyezve, és úgy tűnik, az eredmény nagyon zavaros lesz. Ez azonban nem így van: egy hosszú tekercs mezője váratlanul egyszerű szerkezetű (6. ábra).

Rizs. 6. tekercs mező árammal

Ezen az ábrán a tekercsben az óramutató járásával ellentétes irányba halad az áram, ha balról nézzük (ez akkor történik meg, ha az 5. ábrán a tekercs jobb vége az áramforrás „pluszához”, a bal vége pedig az áramforráshoz csatlakozik. a „mínusz”). Látjuk, hogy a tekercs mágneses tere két jellemző tulajdonsággal rendelkezik.

1. A tekercs belsejében, a széleitől távol, a mágneses tér van homogén: minden pontban a mágneses indukciós vektor nagysága és iránya azonos. A mezővonalak párhuzamos egyenesek; csak a tekercs szélei közelében hajlanak meg, amikor kimennek.

2. A tekercsen kívül a mező nullához közelít. Minél több fordulat van a tekercsben, annál gyengébb a mező rajta kívül.

Vegyük észre, hogy egy végtelenül hosszú tekercs egyáltalán nem bocsát ki teret: a tekercsen kívül nincs mágneses tér. Egy ilyen tekercsen belül a mező mindenhol egységes.

Nem emlékeztet semmire? A tekercs a kondenzátor "mágneses" megfelelője. Emlékszel, hogy a kondenzátor homogént hoz létre elektromos mező, amelynek vonalai csak a lemezek szélei közelében hajlottak, és a kondenzátoron kívül a mező nullához közeli; a végtelen lemezes kondenzátor egyáltalán nem engedi ki a mezőt, és a mező mindenhol egységes benne.

És most - a fő megfigyelés. Hasonlítsa össze a tekercsen kívüli mágneses erővonalak képét (6. ábra) a 2. ábrán látható mágnes erővonalaival. egy . Ez ugyanaz, nem? És most elérkeztünk egy olyan kérdéshez, amely valószínűleg már régen felmerült benned: ha egy mágneses mezőt áramok generálnak és az áramokra hat, akkor mi az oka annak, hogy egy állandó mágnes közelében mágneses tér jelenik meg? Végül is ez a mágnes nem tűnik áramvezetőnek!

Ampère hipotézise. Elemi áramok

Eleinte úgy gondolták, hogy a mágnesek kölcsönhatása a pólusokon koncentrálódó speciális mágneses töltéseknek köszönhető. De az elektromossággal ellentétben senki sem tudta elkülöníteni a mágneses töltést; végül is, mint már említettük, nem lehetett külön megszerezni a mágnes északi és déli pólusát - a pólusok mindig párban vannak a mágnesben.

A mágneses töltésekkel kapcsolatos kételyeket fokozta Oersted tapasztalata, amikor kiderült, hogy a mágneses teret elektromos áram hozza létre. Ezenkívül kiderült, hogy bármely mágneshez kiválasztható egy megfelelő konfigurációjú áramú vezető úgy, hogy ennek a vezetőnek a tere egybeesik a mágnes mezőjével.

Ampere merész hipotézist állított fel. Nincsenek mágneses töltések. A mágnes működését a benne lévő zárt elektromos áramok magyarázzák..

Mik ezek az áramlatok? Ezek elemi áramok keringenek az atomokban és molekulákban; az elektronok atomi pályán való mozgásához kapcsolódnak. Bármely test mágneses tere ezen elemi áramok mágneses mezőiből áll.

Az elemi áramok egymáshoz képest véletlenszerűen helyezkedhetnek el. Ekkor a mezőik kioltják egymást, és a test nem mutat mágneses tulajdonságokat.

De ha az elemi áramok koordináltak, akkor mezőik összeadva erősítik egymást. A test mágnessé válik (7. ábra; a mágneses tér felénk, a mágnes északi pólusa is felénk irányul).

Rizs. 7. Elemi mágnesáramok

Ampere elemi áramokra vonatkozó hipotézise tisztázta a mágnesek tulajdonságait, a mágnes hevítése és rázása tönkreteszi elemi áramainak elrendezését, ill. mágneses tulajdonságok gyengüljön. Nyilvánvalóvá vált a mágnespólusok szétválaszthatatlansága: a mágnes elvágásának helyén ugyanazokat az elemi áramokat kapjuk a végén. A test mágneses térben való mágnesezhetőségét a megfelelően „forduló” elemi áramok összehangolt elrendezése magyarázza (a köráram mágneses térben történő forgását a következő lapon olvashatja).

Ampère hipotézise helyesnek bizonyult – mutatkozott meg további fejlődés fizika. Az elemi áramok fogalma az atomelmélet szerves részévé vált, amelyet már a huszadik században fejlesztettek ki - csaknem száz évvel Ampère briliáns találgatása után.