Tēmas LIETOT kodifikatoru : magnētu mijiedarbība, vadītāja magnētiskais lauks ar strāvu.

Matērijas magnētiskās īpašības cilvēkiem ir zināmas jau ilgu laiku. Magnēti savu nosaukumu ieguvuši no senās pilsētas Magnēzijas: tās tuvumā bija plaši izplatīts minerāls (vēlāk saukts par magnētisko dzelzsrūdu vai magnetītu), kura gabali pievilka dzelzs priekšmetus.

Magnētu mijiedarbība

Katra magnēta divās pusēs atrodas Ziemeļpols Un dienvidpols. Divus magnētus viens otru pievelk pretējie poli un atgrūž līdzīgi poli. Magnēti var iedarboties viens uz otru pat caur vakuumu! Tomēr tas viss atgādina elektrisko lādiņu mijiedarbību magnētu mijiedarbība nav elektriska. Par to liecina šādi eksperimentālie fakti.

Magnētiskais spēks vājinās, kad magnēts tiek uzkarsēts. Punktu lādiņu mijiedarbības stiprums nav atkarīgs no to temperatūras.

Magnētiskais spēks tiek vājināts, kratot magnētu. Nekas līdzīgs nenotiek ar elektriski uzlādētiem ķermeņiem.

Pozitīvos elektriskos lādiņus var atdalīt no negatīvajiem (piemēram, kad ķermeņi ir elektrificēti). Bet magnēta polus nav iespējams atdalīt: ja magnētu sagriež divās daļās, tad griešanas vietā parādās arī stabi, un magnēts sadalās divos magnētos ar pretējiem poliem galos (orientēti precīzi tāpat kā sākotnējā magnēta stabi).

Tātad magnēti vienmēr bipolāri, tie pastāv tikai formā dipoli. Izolēti magnētiskie stabi (tā sauktie magnētiskie monopoli- elektriskā lādiņa analogi) dabā neeksistē (jebkurā gadījumā tie vēl nav eksperimentāli atklāti). Šī, iespējams, ir visiespaidīgākā asimetrija starp elektrību un magnētismu.

Tāpat kā elektriski uzlādēti ķermeņi, magnēti iedarbojas uz elektriskajiem lādiņiem. Tomēr magnēts iedarbojas tikai uz pārvietojas lādiņš; Ja lādiņš atrodas miera stāvoklī attiecībā pret magnētu, tad uz lādiņu nedarbojas nekāds magnētiskais spēks. Gluži pretēji, elektrificēts ķermenis iedarbojas uz jebkuru lādiņu neatkarīgi no tā, vai tas atrodas miera stāvoklī vai kustībā.

Saskaņā ar mūsdienu tuvās darbības teorijas koncepcijām magnētu mijiedarbība tiek veikta cauri magnētiskais lauks Proti, magnēts apkārtējā telpā rada magnētisko lauku, kas iedarbojas uz citu magnētu un izraisa redzamu šo magnētu pievilkšanos vai atgrūšanu.

Magnēta piemērs ir magnētiskā adata kompass. Ar magnētiskās adatas palīdzību var spriest par magnētiskā lauka klātbūtni noteiktā telpas reģionā, kā arī lauka virzienu.

Mūsu planēta Zeme ir milzīgs magnēts. Netālu no Zemes ģeogrāfiskā ziemeļpola atrodas dienvidu magnētiskais pols. Tāpēc kompasa adatas ziemeļu gals, pagriežoties uz Zemes dienvidu magnētisko polu, norāda uz ģeogrāfiskajiem ziemeļiem. Tādējādi patiesībā radās magnēta nosaukums "ziemeļpols".

Magnētiskā lauka līnijas

Elektrisko lauku, atceramies, pēta ar nelielu testa lādiņu palīdzību, pēc kuras var spriest par lauka lielumu un virzienu. Testa lādiņa analogs magnētiskā lauka gadījumā ir maza magnētiskā adata.

Piemēram, jūs varat iegūt ģeometrisku priekšstatu par magnētisko lauku, ja to ievietojat dažādi punkti atstarpes ir ļoti mazas kompasa adatas. Pieredze rāda, ka bultiņas sarindosies pa noteiktām līnijām – tā sauktajām magnētiskā lauka līnijas. Definēsim šo jēdzienu formā nākamie trīs punktus.

1. Magnētiskā lauka līnijas jeb magnētiskās spēka līnijas ir kosmosā virzītas līnijas, kurām ir šāda īpašība: maza kompasa adata, kas novietota katrā šādas līnijas punktā, ir vērsta tangenciāli šai līnijai..

2. Magnētiskā lauka līnijas virziens ir kompasa adatu ziemeļu galu virziens, kas atrodas šīs līnijas punktos.

3. Jo biezākas ir līnijas, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks noteiktā telpas reģionā..

Kompasa adatu lomu var veiksmīgi pildīt dzelzs vīles: magnētiskajā laukā mazās vīles tiek magnetizētas un uzvedas tieši tāpat kā magnētiskās adatas.

Tātad, ber dzelzs vīles apkārt pastāvīgais magnēts, mēs redzēsim aptuveni šādu magnētiskā lauka līniju modeli (1. att.).

Rīsi. 1. Pastāvīgā magnēta lauks

Magnēta ziemeļpols ir norādīts zilā krāsā un burts ; dienvidu pols - sarkanā krāsā un burts . Ņemiet vērā, ka lauka līnijas iziet no magnēta ziemeļpola un ieiet dienvidu polā, jo tieši uz magnēta dienvidu polu būs vērsts kompasa adatas ziemeļu gals.

Orsteda pieredze

Lai gan elektriskās un magnētiskās parādības bija cilvēkiem zināmi kopš seniem laikiem, starp viņiem nebija nekādu attiecību ilgu laiku netika novērots. Vairākus gadsimtus elektrības un magnētisma pētījumi notika paralēli un neatkarīgi viens no otra.

Ievērojamais fakts, ka elektriskās un magnētiskās parādības faktiski ir saistītas viena ar otru, pirmo reizi tika atklāts 1820. gadā slavenajā Oersted eksperimentā.

Orsteda eksperimenta shēma parādīta att. 2 (attēls no rt.mipt.ru). Virs magnētiskās adatas (un - bultiņas ziemeļu un dienvidu pols) ir metāla vadītājs, kas savienots ar strāvas avotu. Ja aizver ķēdi, tad bultiņa pagriežas perpendikulāri vadītājam!
Šis vienkāršais eksperiments tieši norādīja uz saistību starp elektrību un magnētismu. Eksperimenti, kas sekoja Oersted pieredzei, stingri noteica šādu modeli: magnētisko lauku ģenerē elektriskās strāvas un iedarbojas uz strāvām.

Rīsi. 2. Orsteda eksperiments

Vadītāja ar strāvu ģenerētā magnētiskā lauka līniju attēls ir atkarīgs no vadītāja formas.

Taisnas stieples magnētiskais lauks ar strāvu

Taisnas stieples, kas nes strāvu, magnētiskā lauka līnijas ir koncentriski apļi. Šo apļu centri atrodas uz stieples, un to plaknes ir perpendikulāras vadam (3. att.).

Rīsi. 3. Tiešā vada lauks ar strāvu

Pastāv divi alternatīvi noteikumi līdzstrāvas magnētiskā lauka līniju virziena noteikšanai.

stundu rokas noteikums. Lauka līnijas iet pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties tā, lai strāva plūst uz mums..

skrūvju noteikums(vai karkasa noteikums, vai korķviļķa noteikums- tas ir tuvāk kādam ;-)). Lauka līnijas iet tur, kur skrūve (ar parasto labās puses vītni) ir jāpagriež, lai pārvietotos pa vītni strāvas virzienā.

Izmantojiet sev piemērotāko noteikumu. Labāk ir pierast pie pulksteņrādītāja virziena noteikuma - jūs pats vēlāk redzēsit, ka tas ir universālāks un vieglāk lietojams (un pēc tam atcerieties to ar pateicību pirmajā gadā, kad studējat analītisko ģeometriju).

Uz att. 3, ir parādījies arī kaut kas jauns: tas ir vektors, ko sauc magnētiskā lauka indukcija, vai magnētiskā indukcija. Magnētiskās indukcijas vektors ir intensitātes vektora analogs elektriskais lauks: viņš kalpo jaudas raksturlielums magnētiskais lauks, kas nosaka spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem.

Par spēkiem magnētiskajā laukā runāsim vēlāk, bet pagaidām atzīmēsim tikai to, ka magnētiskā lauka lielumu un virzienu nosaka magnētiskās indukcijas vektors. Katrā telpas punktā vektors ir vērsts tajā pašā virzienā kā šajā punktā novietotās kompasa adatas ziemeļu gals, proti, pieskares lauka līnijai šīs līnijas virzienā. Magnētiskā indukcija tiek mērīta collās teslach(Tl).

Tāpat kā elektriskā lauka gadījumā, magnētiskā lauka indukcijai, superpozīcijas princips. Tas slēpjas faktā, ka magnētisko lauku indukcija, ko noteiktā punktā rada dažādas strāvas, tiek pievienota vektoriski un iegūts magnētiskās indukcijas vektors:.

Spoles magnētiskais lauks ar strāvu

Apskatīsim apļveida spoli, pa kuru cirkulē D.C.. Attēlā mēs neparādījām avotu, kas rada strāvu.

Mūsu pagrieziena lauka līniju attēlam būs aptuveni šāda forma (4. att.).

Rīsi. 4. Spoles lauks ar strāvu

Mums būs svarīgi, lai mēs spētu noteikt, kurā pustelpā (attiecībā pret spoles plakni) ir vērsts magnētiskais lauks. Atkal mums ir divi alternatīvi noteikumi.

stundu rokas noteikums. Lauka līnijas iet uz turieni, skatoties no vietas, kur šķiet, ka strāva cirkulē pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

skrūvju noteikums. Lauka līnijas iet tur, kur skrūve (ar parastajiem labās puses vītnēm) pārvietotos, ja to pagrieztu strāvas virzienā.

Kā redzat, strāvas un lauka lomas ir apgrieztas - salīdzinot ar šo noteikumu formulējumiem līdzstrāvas gadījumā.

Spoles magnētiskais lauks ar strāvu

Spole izrādīsies, ja cieši, spoli uz spoli, uztiniet vadu pietiekami garā spirālē (5. att. - attēls no vietnes en.wikipedia.org). Spolē var būt vairāki desmiti, simti vai pat tūkstoši apgriezienu. Spoli sauc arī solenoīds.

Rīsi. 5. Spole (solenoīds)

Viena pagrieziena magnētiskais lauks, kā zināms, neizskatās īpaši vienkāršs. Lauki? atsevišķi spoles pagriezieni ir uzlikti viens otram, un, šķiet, rezultātam vajadzētu būt ļoti mulsinošam attēlam. Tomēr tas tā nav: garās spoles laukam ir negaidīti vienkārša struktūra (6. att.).

Rīsi. 6. spoles lauks ar strāvu

Šajā attēlā strāva spolē iet pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties no kreisās puses (tas notiks, ja 5. attēlā spoles labais gals ir savienots ar strāvas avota “plusu”, bet kreisais gals "mīnuss"). Mēs redzam, ka spoles magnētiskajam laukam ir divas raksturīgas īpašības.

1. Spoles iekšpusē, prom no tās malām, atrodas magnētiskais lauks viendabīgs: katrā punktā magnētiskās indukcijas vektors ir vienāds pēc lieluma un virziena. Lauka līnijas ir paralēlas taisnas līnijas; tie noliecas tikai netālu no spoles malām, kad tie izdziest.

2. Ārpus spoles lauks ir tuvu nullei. Jo vairāk pagriezienu spolē, jo vājāks lauks ārpus tās.

Ņemiet vērā, ka bezgalīgi gara spole vispār neizstaro lauku: ārpus spoles nav magnētiskā lauka. Šādas spoles iekšpusē lauks ir vienmērīgs visur.

Vai tas tev neko neatgādina? Spole ir kondensatora "magnētiskais" līdzinieks. Jūs atceraties, ka kondensators rada viendabīgu elektriskais lauks, kuras līnijas ir saliektas tikai pie plākšņu malām, un ārpus kondensatora lauks ir tuvu nullei; kondensators ar bezgalīgām plāksnēm vispār neatbrīvo lauku, un lauks ir vienmērīgs visur iekšā.

Un tagad - galvenais novērojums. Salīdziniet, lūdzu, magnētiskā lauka līniju attēlu ārpus spoles (6. att.) ar magnēta lauka līnijām attēlā. viens . Tas ir viens un tas pats, vai ne? Un tagad mēs nonākam pie jautājuma, kas jums, iespējams, bija jau sen: ja magnētiskais lauks tiek ģenerēts ar straumēm un iedarbojas uz strāvām, tad kāds ir iemesls magnētiskā lauka parādīšanās pie pastāvīgā magnēta? Galu galā šis magnēts, šķiet, nav vadītājs ar strāvu!

Ampēra hipotēze. Elementārās strāvas

Sākumā tika uzskatīts, ka magnētu mijiedarbība ir saistīta ar īpašiem magnētiskiem lādiņiem, kas koncentrēti pie poliem. Bet, atšķirībā no elektrības, neviens nevarēja izolēt magnētisko lādiņu; galu galā, kā jau teicām, nebija iespējams atsevišķi iegūt magnēta ziemeļu un dienvidu polu - stabi vienmēr atrodas magnētā pa pāriem.

Šaubas par magnētiskajiem lādiņiem pastiprināja Orsteda pieredze, kad izrādījās, ka magnētisko lauku ģenerē elektriskā strāva. Turklāt izrādījās, ka jebkuram magnētam ir iespējams izvēlēties vadītāju ar atbilstošas ​​konfigurācijas strāvu, lai šī vadītāja lauks sakristu ar magnēta lauku.

Ampere izvirzīja drosmīgu hipotēzi. Nav magnētisko lādiņu. Magnēta darbība ir izskaidrojama ar slēgtām elektriskām strāvām tā iekšpusē..

Kas ir šīs strāvas? Šīs elementāras strāvas cirkulēt atomos un molekulās; tie ir saistīti ar elektronu kustību atomu orbītās. Jebkura ķermeņa magnētisko lauku veido šo elementāro strāvu magnētiskie lauki.

Elementārās strāvas var atrasties nejauši viena pret otru. Tad to lauki atceļ viens otru, un ķermenis neuzrāda magnētiskās īpašības.

Bet, ja elementārās strāvas ir koordinētas, tad to lauki, summējot, pastiprina viens otru. Ķermenis kļūst par magnētu (7. att.; magnētiskais lauks būs vērsts pret mums; magnēta ziemeļpols arī būs vērsts pret mums).

Rīsi. 7. Elementāro magnētu strāvas

Ampera hipotēze par elementārajām strāvām precizēja magnētu īpašības.Magnētu karsējot un kratot, tiek iznīcināts tā elementāro strāvu izvietojums, un magnētiskās īpašības vājinās. Magnētu polu nedalāmība kļuva acīmredzama: vietā, kur tika sagriezts magnēts, mēs iegūstam tās pašas elementārās strāvas galos. Ķermeņa spēja magnetizēties magnētiskajā laukā ir izskaidrojama ar elementāru strāvu koordinētu izlīdzināšanu, kas pareizi “griežas” (par apļveida strāvas griešanos magnētiskajā laukā lasiet nākamajā lapā).

Ampēra hipotēze izrādījās pareiza – tā parādīja tālākai attīstībai fizika. Elementāro strāvu jēdziens ir kļuvis par neatņemamu atoma teorijas sastāvdaļu, kas izstrādāta jau divdesmitajā gadsimtā - gandrīz simts gadus pēc Ampēra spožā minējuma.

Sapratīsim kopā, kas ir magnētiskais lauks. Galu galā daudzi cilvēki šajā jomā dzīvo visu savu dzīvi un pat nedomā par to. Laiks to salabot!

Magnētiskais lauks

Magnētiskais lauks – īpašs veids jautājums. Tas izpaužas iedarbībā uz kustīgiem elektriskiem lādiņiem un ķermeņiem, kuriem ir savs magnētiskais moments (pastāvīgie magnēti).

Svarīgi: magnētiskais lauks neiedarbojas uz stacionāriem lādiņiem! Magnētisko lauku rada arī kustīgi elektriskie lādiņi vai laikā mainīgs elektriskais lauks, vai elektronu magnētiskie momenti atomos. Tas ir, jebkurš vads, pa kuru plūst strāva, arī kļūst par magnētu!

Ķermenis, kuram ir savs magnētiskais lauks.

Magnētam ir stabi, ko sauc par ziemeļiem un dienvidiem. Apzīmējumi "ziemeļi" un "dienvidi" ir doti tikai ērtības labad (elektrībā kā "pluss" un "mīnuss".

Magnētiskais lauks ir attēlots ar spēka magnētiskās līnijas. spēka līnijas ir nepārtraukti un slēgti, un to virziens vienmēr sakrīt ar lauka spēku virzienu. Ja metāla skaidas ir izkaisītas ap pastāvīgo magnētu, metāla daļiņas parādīs skaidru priekšstatu par magnētiskā lauka līnijām, kas rodas no ziemeļiem un nonāk dienvidu polā. Magnētiskā lauka grafiskais raksturojums - spēka līnijas.

Magnētiskā lauka īpašības

Magnētiskā lauka galvenie raksturlielumi ir magnētiskā indukcija, magnētiskā plūsma Un magnētiskā caurlaidība. Bet parunāsim par visu pēc kārtas.

Tūlīt mēs atzīmējam, ka sistēmā ir norādītas visas mērvienības SI.

Magnētiskā indukcija B - vektors fiziskais daudzums, kas ir magnētiskā lauka galvenā jauda. Apzīmēts ar burtu B . Magnētiskās indukcijas mērvienība - Tesla (Tl).

Magnētiskā indukcija norāda, cik spēcīgs ir lauks, nosakot spēku, ar kādu tas iedarbojas uz lādiņu. Šo spēku sauc Lorenca spēks.

Šeit q - uzlāde, v - tā ātrums magnētiskajā laukā, B - indukcija, F ir Lorenca spēks, ar kādu lauks iedarbojas uz lādiņu.

F- fiziskais lielums, kas vienāds ar magnētiskās indukcijas reizinājumu ar kontūras laukumu un kosinusu starp indukcijas vektoru un kontūras plaknes normālu, caur kuru iet plūsma. magnētiskā plūsma- magnētiskā lauka skalārais raksturlielums.

Var teikt, ka magnētiskā plūsma raksturo magnētiskās indukcijas līniju skaitu, kas iekļūst laukuma vienībā. Magnētiskā plūsma tiek mērīta collās Vēberaha (WB).

Magnētiskā caurlaidība ir koeficients, kas nosaka vides magnētiskās īpašības. Viens no parametriem, no kura atkarīga lauka magnētiskā indukcija, ir magnētiskā caurlaidība.

Mūsu planēta vairākus miljardus gadu ir bijusi milzīgs magnēts. Zemes magnētiskā lauka indukcija mainās atkarībā no koordinātām. Pie ekvatora tas ir aptuveni 3,1 reizi 10 līdz mīnus piektajai Teslas jaudai. Turklāt ir magnētiskas anomālijas, kur lauka vērtība un virziens būtiski atšķiras no kaimiņu apgabaliem. Viena no lielākajām magnētiskajām anomālijām uz planētas - Kurska Un Brazīlijas magnētiskā anomālija.

Zemes magnētiskā lauka izcelsme zinātniekiem joprojām ir noslēpums. Tiek pieņemts, ka lauka avots ir Zemes šķidrā metāla kodols. Kodols kustas, kas nozīmē, ka kustās izkusušais dzelzs-niķeļa sakausējums, un lādēto daļiņu kustība ir tāda, kāda tā ir. elektrība, radot magnētisko lauku. Problēma ir tā, ka šī teorija ģeodinamo) nepaskaidro, kā lauks tiek uzturēts stabils.

Zeme ir milzīgs magnētiskais dipols. Magnētiskie stabi nesakrīt ar ģeogrāfiskajiem, lai gan tie atrodas tiešā tuvumā. Turklāt Zemes magnētiskie stabi pārvietojas. To pārvietošanās reģistrēta kopš 1885. gada. Piemēram, pēdējo simts gadu laikā magnētiskais pols dienvidu puslodē ir nobīdījies par gandrīz 900 kilometriem un tagad atrodas Dienvidu okeānā. Arktiskās puslodes pols virzās pāri Ziemeļu Ledus okeānam Austrumsibīrijas magnētiskās anomālijas virzienā, tā kustības ātrums (pēc 2004. gada datiem) bija aptuveni 60 kilometri gadā. Tagad ir vērojams stabu kustības paātrinājums - vidēji gadā ātrums pieaug par 3 kilometriem.

Kāda nozīme mums ir Zemes magnētiskajam laukam? Pirmkārt, Zemes magnētiskais lauks aizsargā planētu no kosmiskajiem stariem un saules vēja. Uzlādētas daļiņas no dziļā kosmosa nenokrīt tieši zemē, bet tiek novirzītas ar milzu magnētu un kustas pa tā spēka līnijām. Tādējādi visas dzīvās būtnes ir aizsargātas pret kaitīgo starojumu.

Zemes vēstures laikā ir bijuši vairāki inversijas magnētisko polu (izmaiņas). Polu inversija ir tad, kad viņi mainās vietām. Pēdējo reizi šī parādība notika pirms aptuveni 800 tūkstošiem gadu, un Zemes vēsturē bija vairāk nekā 400 ģeomagnētisko apvērsumu.Daži zinātnieki uzskata, ka, ņemot vērā novēroto magnētisko polu kustības paātrinājumu, nākamajai polu maiņai vajadzētu būt gaidāms tuvāko pāris tūkstošu gadu laikā.

Par laimi, mūsu gadsimtā nav gaidāma polu maiņa. Tātad, jūs varat domāt par patīkamo un baudīt dzīvi vecajā labajā pastāvīgajā Zemes laukā, ņemot vērā galvenās magnētiskā lauka īpašības un īpašības. Un, lai jūs to varētu izdarīt, ir mūsu autori, kuriem ar pārliecību par panākumiem var uzticēt dažas no izglītības problēmām! un cita veida darbus varat pasūtīt saitē.

Magnētiskā lauka līnijas

Magnētiskos laukus, tāpat kā elektriskos laukus, var attēlot grafiski, izmantojot spēka līnijas. Magnētiskā lauka līnija jeb magnētiskā lauka indukcijas līnija ir līnija, kuras pieskare katrā punktā sakrīt ar magnētiskā lauka indukcijas vektora virzienu.

bet)	b)	iekšā)

Rīsi. 1.2. Līdzstrāvas magnētiskā lauka spēka līnijas (a),

apļveida strāva (b), solenoīds (c)

Magnētiskās spēka līnijas, tāpat kā elektriskās līnijas, nekrustojas. Tie ir novilkti ar tādu blīvumu, ka līniju skaits, kas šķērso tām perpendikulāri vienības virsmu, ir vienāds (vai proporcionāls) magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas lielumam noteiktā vietā.

Uz att. 1.2 bet ir parādītas līdzstrāvas lauka spēka līnijas, kas ir koncentriski apļi, kuru centrs atrodas uz strāvas ass, un virzienu nosaka labās skrūves noteikums (vadītāja strāva tiek virzīta uz lasītājs).

Magnētiskās indukcijas līnijas var "parādīt", izmantojot dzelzs vīles, kas tiek magnetizētas pētāmajā laukā un uzvedas kā mazas magnētiskas adatas. Uz att. 1.2 b parāda apļveida strāvas magnētiskā lauka spēka līnijas. Solenoīda magnētiskais lauks ir parādīts attēlā. 1.2 iekšā.

Magnētiskā lauka spēka līnijas ir slēgtas. Tiek saukti lauki ar slēgtām spēka līnijām virpuļu lauki. Acīmredzot magnētiskais lauks ir virpuļlauks. Šī ir būtiskā atšķirība starp magnētisko lauku un elektrostatisko lauku.

Elektrostatiskajā laukā spēka līnijas vienmēr ir atvērtas: tās sākas un beidzas plkst elektriskie lādiņi. Magnētiskajām spēka līnijām nav ne sākuma, ne beigu. Tas atbilst faktam, ka dabā nav magnētisko lādiņu.

1.4. Biota-Savarta-Laplasa likums

Franču fiziķi J.Biots un F.Savards 1820.gadā veica pētījumu par magnētiskajiem laukiem, ko radīja strāvas, kas plūst pa tieviem vadiem. dažādas formas. Laplass analizēja Biota un Savarta iegūtos eksperimentālos datus un izveidoja attiecības, ko sauca par Biota – Savarta – Laplasa likumu.

Saskaņā ar šo likumu jebkuras strāvas magnētiskā lauka indukciju var aprēķināt kā atsevišķu strāvas elementāro posmu radīto magnētisko lauku indukciju vektoru summu (superpozīciju). Lauka magnētiskajai indukcijai, ko rada strāvas elements ar garumu, Laplass ieguva formulu:

, (1.3)

kur ir vektors, modulis, kas vienāds ar vadītāja elementa garumu un sakrīt virzienā ar strāvu (1.3. att.); ir rādiusa vektors, kas novilkts no elementa līdz punktam, kur ; ir rādiusa vektora modulis.

Apmēram pirms divarpus tūkstošiem gadu cilvēki atklāja, ka daži dabīgie akmeņi ir spēja piesaistīt dzelzi. Šī īpašība tika izskaidrota ar dzīvas dvēseles klātbūtni šajos akmeņos un zināmu “mīlestību” pret dzelzi.

Šodien mēs jau zinām, ka šie akmeņi ir dabiskie magnēti, un magnētiskais lauks, nevis īpaša vieta gludeklim, rada šos efektus. Magnētiskais lauks ir īpašs matērijas veids, kas atšķiras no matērijas un pastāv ap magnetizētiem ķermeņiem.

pastāvīgie magnēti

Dabiskie magnēti jeb magnetīti nav īpaši spēcīgi magnētiskās īpašības. Bet cilvēks ir iemācījies radīt mākslīgos magnētus, kuriem ir daudz lielāks magnētiskā lauka stiprums. Tie ir izgatavoti no īpašiem sakausējumiem un magnetizēti ar ārēju magnētisko lauku. Pēc tam jūs varat tos izmantot patstāvīgi.

Magnētiskā lauka līnijas

Jebkuram magnētam ir divi stabi, tos sauc par ziemeļu un dienvidu poliem. Pie poliem magnētiskā lauka koncentrācija ir maksimāla. Bet starp poliem magnētiskais lauks atrodas arī nevis patvaļīgi, bet gan svītru vai līniju veidā. Tās sauc par magnētiskā lauka līnijām. To noteikšana ir pavisam vienkārša – vienkārši novietojiet izkaisītās dzelzs vīles magnētiskajā laukā un nedaudz sakratiet. Tie neatradīsies patvaļīgi, bet veidos it kā līniju rakstu, kas sākas vienā stabā un beidzas pie otra. Šīs līnijas it kā iznāk no viena staba un ieiet otrā.

Paši dzelzs vīles magnēta laukā tiek magnetizētas un novietotas gar magnētiskajām spēka līnijām. Šādi darbojas kompass. Mūsu planēta ir liels magnēts. Kompasa adata uztver Zemes magnētisko lauku un, griežoties, atrodas pa spēka līnijām, un viens gals ir vērsts uz ziemeļu magnētisko polu, otrs uz dienvidiem. Zemes magnētiskie stabi atrodas nedaudz ārpus ģeogrāfiskās atrašanās vietas, taču, ceļojot prom no poliem, tas nenotiek. liela nozīme, un mēs varam tos uzskatīt par identiskiem.

Mainīgi magnēti

Magnētu darbības joma mūsdienās ir ārkārtīgi plaša. Tos var atrast elektromotoros, tālruņos, skaļruņos, radio. Pat medicīnā, piemēram, kad cilvēks norij adatu vai citu dzelzs priekšmetu, to var izņemt bez operācijas ar magnētisko zondi.

> Magnētiskā lauka līnijas

Kā noteikt magnētiskā lauka līnijas: magnētiskā lauka līniju stipruma un virziena diagramma, izmantojot kompasu magnētisko polu noteikšanai, zīmējums.

Magnētiskā lauka līnijas noderīga, lai vizuāli parādītu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu.

Mācību uzdevums

• Korelējiet magnētiskā lauka stiprumu ar magnētiskā lauka līniju blīvumu.

Galvenie punkti

• Magnētiskā lauka virziens parāda kompasa adatas, kas pieskaras magnētiskā lauka līnijām jebkurā noteiktā punktā.
• B lauka stiprums ir apgriezti proporcionāls attālumam starp līnijām. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā. Viena līnija nekad nešķērso otru.
• Magnētiskais lauks ir unikāls katrā telpas punktā.
• Līnijas netiek pārtrauktas un rada slēgtas cilpas.
• Līnijas stiepjas no ziemeļiem līdz dienvidu polam.

Noteikumi

• Magnētiskā lauka līnijas ir magnētiskā lauka lieluma un virziena grafisks attēlojums.
• B lauks ir magnētiskā lauka sinonīms.

Magnētiskā lauka līnijas

Bērnībā Albertam Einšteinam esot patika skatīties kompasā, domājot par to, kā adata juta spēku bez tieša fiziska kontakta. Dziļa domāšana un nopietna interese noveda pie tā, ka bērns uzauga un radīja savu revolucionāro relativitātes teoriju.

Tā kā magnētiskie spēki ietekmē attālumus, mēs aprēķinām magnētiskos laukus, lai attēlotu šos spēkus. Līniju grafika ir noderīga, lai vizualizētu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu. Līniju pagarinājums norāda uz kompasa adatas ziemeļu orientāciju. Magnētisko sauc par B lauku.

(a) — ja tiek izmantots neliels kompass, lai salīdzinātu magnētisko lauku ap stieņa magnētu, tas tiks parādīts pareizais virziens no ziemeļpola uz dienvidiem. (b) - bultiņu pievienošana rada nepārtrauktas līnijas magnētiskais lauks. Stiprums ir proporcionāls līniju tuvumam. (c) - ja varat izpētīt magnēta iekšpusi, līnijas tiks parādītas slēgtu cilpu veidā

Nav nekā sarežģīta, lai saskaņotu objekta magnētisko lauku. Vispirms aprēķiniet magnētiskā lauka stiprumu un virzienu vairākās vietās. Atzīmējiet šos punktus ar vektoriem, kas norāda vietējā magnētiskā lauka virzienā ar lielumu, kas ir proporcionāls tā stiprumam. Jūs varat apvienot bultiņas un veidot magnētiskā lauka līnijas. Virziens jebkurā punktā būs paralēls tuvāko lauka līniju virzienam, un vietējais blīvums var būt proporcionāls stiprumam.

Magnētiskā lauka spēka līnijas atgādina kontūrlīnijas topogrāfiskās kartes, jo tie rāda kaut ko nepārtrauktu. Daudzus magnētisma likumus var formulēt vienkārši, piemēram, lauka līniju skaitu caur virsmu.

Magnētiskā lauka līniju virziens, ko attēlo dzelzs vīļu izlīdzināšana uz papīra, kas novietots virs stieņa magnēta

Līniju attēlojumu ietekmē dažādas parādības. Piemēram, dzelzs vīles uz magnētiskā lauka līnijas veido līnijas, kas atbilst magnētiskajām. Tie ir arī vizuāli parādīti polārblāzmas.

Neliels kompass, kas izsūtīts laukā, atrodas paralēli lauka līnijai, un ziemeļpols norāda uz B.

Miniatūrus kompasus var izmantot, lai parādītu laukus. (a) - Apļveida strāvas ķēdes magnētiskais lauks atgādina magnētisko lauku. (b) - garš un taisns vads veido lauku ar magnētiskā lauka līnijām, veidojot apļveida cilpas. (c) — kad stieple atrodas papīra plaknē, lauks parādās perpendikulāri papīram. Ņemiet vērā, kuri simboli tiek izmantoti lodziņam, kas norāda uz iekšu un ārā

Detalizēts magnētisko lauku pētījums palīdzēja iegūt vairākus svarīgus noteikumus:

• Magnētiskā lauka virziens skar lauka līniju jebkurā telpas punktā.
• Lauka stiprums ir proporcionāls līnijas tuvumam. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā.
• Magnētiskā lauka līnijas nekad nesaduras, kas nozīmē, ka jebkurā telpas punktā magnētiskais lauks būs unikāls.
• Līnijas paliek nepārtrauktas un seko no ziemeļiem uz dienvidu polu.

Pēdējais noteikums ir balstīts uz faktu, ka stabus nevar atdalīt. Un tas atšķiras no elektriskā lauka līnijām, kurās beigas un sākumu iezīmē pozitīvi un negatīvi lādiņi.