Kaj so magnetne silnice? III

Magnetno polje je komponenta elektromagnetnega polja, ki se pojavi ob prisotnosti časovno spremenljivega električnega polja. Poleg tega lahko magnetno polje ustvari tok nabitih delcev ali magnetni momenti elektronov v atomih (trajni magneti).

Magnetna indukcija-vektorska količina, ki je značilnost sile magnetnega polja v določeni točki prostora. Prikazuje silo, s katero magnetno polje deluje na naboj, ki se premika s hitrostjo.

Magnetne indukcijske črte(magnetne silnice) so črte, narisane v magnetnem polju tako, da v vsaki točki polja tangenta na magnetno indukcijsko črto sovpada s smerjo vektorja IN na tej točki na terenu.

Magnetne indukcijske črte najlažje opazujemo z uporabo majhnih

Igličasti železni opilki, ki se v proučevanem polju namagnetijo in se obnašajo kot majhne magnetne igle (prosta magnetna igla se vrti v magnetnem polju tako, da os igle, ki povezuje njen južni pol s severnim, sovpada s smerjo IN).

Prikazana je vrsta magnetnih indukcijskih linij najpreprostejših magnetnih polj

na sl. Iz sl. b- G vidi se, da te črte obdajajo vodnik po katerem teče tok, ki ustvarja polje. V bližini vodnika ležijo v ravninah, pravokotnih na vodnik.

n
Smer indukcijskih črt določa gimlet pravilo: če privijete gimlet v smeri vektorja gostote toka v prevodniku, bo smer gibanja ročaja gimlet kazala smer magnetnih indukcijskih linij.

Linije magnetnega polja

Tok se ne more prekiniti na nobeni točki, to je niti začeti niti končati: bodisi so zaprti (sl. b, c, d), ali pa se neskončno vijejo okoli določene površine, jo povsod na gosto napolnijo, vendar se nikoli več ne vrnejo na nobeno točko na površini.

Gaussov izrek za magnetno indukcijo

Tok vektorja magnetne indukcije skozi katero koli zaprto površino je enak nič:

To je enakovredno dejstvu, da v naravi ni "magnetnih nabojev" (monopolov), ki bi ustvarjali magnetno polje, tako kot električni naboji ustvarjajo električno polje. Z drugimi besedami, Gaussov izrek za magnetno indukcijo kaže, da je magnetno polje vrtinec.

2 Biot-Savart–Laplaceov zakon

Naj enosmerni tok teče vzdolž obrisa γ, ki se nahaja v vakuumu - točka, na kateri se išče polje, potem je indukcija magnetnega polja na tej točki izražena z integralom (v sistemu SI)

Smer je pravokotna, to je pravokotna na ravnino, v kateri ležijo, in sovpada s tangento na črto magnetne indukcije. To smer lahko ugotovimo s pravilom za iskanje magnetnih indukcijskih linij (pravilo desnega vijaka): smer vrtenja glave vijaka daje smer, če translacijsko gibanje gimleta ustreza smeri toka v elementu. Modul vektorja je določen z izrazom (v sistemu SI)

Vektorski potencial je podan z integralom (v sistemu SI)

Biot-Savart-Laplaceov zakon lahko dobimo iz Maxwellovih enačb za stacionarno polje. V tem primeru so časovni odvodi enaki 0, zato dobijo enačbe za polje v vakuumu obliko (v sistemu SGS)

kje je gostota toka v prostoru. V tem primeru se električno in magnetno polje izkažeta za neodvisna. Uporabimo vektorski potencial za magnetno polje (v sistemu SGS):

Merilna invariantnost enačb nam omogoča, da vektorskemu potencialu naložimo en dodaten pogoj:

Z razširitvijo dvojnega rotorja z uporabo formule vektorske analize dobimo za vektorski potencial enačbo, kot je Poissonova enačba:

Njegova posebna rešitev je podana z integralom, podobnim Newtonovemu potencialu:

Nato je magnetno polje določeno z integralom (v sistemu SGS)

po obliki podoben Biot-Savart-Laplaceovemu zakonu. To korespondenco lahko naredimo natančno, če uporabimo posplošene funkcije in zapišemo prostorsko gostoto toka, ki ustreza tuljavi s tokom v praznem prostoru.Premik od integracije po celotnem prostoru do ponavljajočega se integrala vzdolž tuljave in vzdolž ravnin, ki so pravokotne na tuljavo in ob upoštevati to

dobimo Biot - Savart - Laplaceov zakon za polje tuljave s tokom.

Že v 6. stol. pr. n. št. Na Kitajskem so vedeli, da imajo nekatere rude sposobnost medsebojnega privlačevanja in privabljanja železnih predmetov. Kose takšnih rud so našli v bližini mesta Magnesia v Mali Aziji, zato so dobili ime magneti.

Kako medsebojno delujejo magneti in železni predmeti? Spomnimo se, zakaj se naelektrena telesa privlačijo? Ker v bližini električnega naboja nastane svojevrstna oblika snovi – električno polje. Okoli magneta je podobna oblika snovi, vendar ima drugačno naravo izvora (navsezadnje je ruda električno nevtralna), imenuje se magnetno polje.

Za preučevanje magnetnega polja se uporabljajo ravni ali podkvasti magneti. Določena mesta na magnetu imajo največji privlačen učinek, imenujejo se drogovi(sever in jug). Nasprotni magnetni poli se privlačijo in enako magnetni poli odbijajo.

Za lastnosti jakosti magnetnega polja uporabite vektor indukcije magnetnega polja B. Magnetno polje je grafično predstavljeno s pomočjo silnic ( magnetne indukcijske črte). Vrstice so sklenjene, nimajo ne začetka ne konca. Kraj, iz katerega izhajajo magnetne črte, je severni pol, magnetne črte pa vstopajo na južni pol.

Magnetno polje je mogoče narediti "vidno" z uporabo železnih opilkov.

Magnetno polje prevodnika s tokom

In zdaj o tem, kaj smo našli Hans Christian Oersted in Andre Marie Ampere leta 1820. Izkazalo se je, da magnetno polje obstaja ne samo okoli magneta, ampak tudi okoli katerega koli prevodnika, po katerem teče tok. Vsaka žica, na primer kabel svetilke, skozi katero teče električni tok, je magnet! Žica s tokom deluje z magnetom (poskusite držati kompas blizu njega), dve žici s tokom delujeta med seboj.

Magnetne silnice enosmernega toka so krogi okoli prevodnika.

Smer vektorja magnetne indukcije

Smer magnetnega polja na določeni točki lahko definiramo kot smer, ki jo kaže severni pol igle kompasa, nameščene na tej točki.

Smer črt magnetne indukcije je odvisna od smeri toka v prevodniku.

Smer indukcijskega vektorja se določi po pravilu gimlet ali pravilo desna roka.

Vektor magnetne indukcije

To je vektorska količina, ki označuje delovanje sile polja.

Indukcija magnetnega polja neskončnega ravnega prevodnika s tokom na razdalji r od njega:

Indukcija magnetnega polja v središču tanke krožne tuljave s polmerom r:

Indukcija magnetnega polja solenoid(tuljava, katere zavoji se zaporedno prenašajo v eno smer):

Načelo superpozicije

Če magnetno polje na določeni točki v prostoru ustvarja več virov polja, potem je magnetna indukcija vektorska vsota indukcij vsakega polja posebej

Zemlja ni samo velik negativni naboj in vir električnega polja, ampak je hkrati tudi magnetno polje našega planeta podobno polju direktnega magneta velikanskih razsežnosti.

Geografski jug je blizu magnetnega severa, geografski sever pa je blizu magnetnega juga. Če kompas postavimo v zemeljsko magnetno polje, potem je njegova severna puščica usmerjena vzdolž linij magnetne indukcije v smeri južnega magnetnega pola, to pomeni, da nam bo pokazala, kje se nahaja geografski sever.

Značilni elementi zemeljskega magnetizma se skozi čas spreminjajo zelo počasi - posvetne spremembe. Se pa občasno pojavijo magnetne nevihte, ko se zemeljsko magnetno polje za nekaj ur močno popači in se nato postopoma vrne na prejšnje vrednosti. Tako drastična sprememba vpliva na počutje ljudi.

Zemljino magnetno polje je »ščit«, ki ščiti naš planet pred delci, ki prodirajo iz vesolja (»sončni veter«). V bližini magnetnih polov se tokovi delcev veliko približajo površini Zemlje. Med močnimi sončnimi izbruhi se magnetosfera deformira in ti delci se lahko premaknejo v zgornje plasti atmosfere, kjer trčijo z molekulami plina in tvorijo aurore.

Delci železovega dioksida na magnetnem filmu so med postopkom snemanja močno namagneteni.

Magnetni levitacijski vlaki drsijo po površinah popolnoma brez trenja. Vlak je sposoben doseči hitrosti do 650 km/h.

Delo možganov, utripanje srca spremljajo električni impulzi. V tem primeru se v organih pojavi šibko magnetno polje.

Kaj je magnetno polje, katere osnovne lastnosti ima? Kakšna je njegova uporaba v znanstvenih raziskavah, v vsakdanjem življenju in v proizvodnji? To bo obravnavano v tem članku z uporabo precej intuitivnega pristopa, ki temelji na splošnih primerih iz resničnega sveta.

Grafični prikaz daljnovodov

Električno polje je grafično prikazano s pomočjo silnic (napetostnih linij), ki vizualno prikazujejo porazdelitev napetosti v prostoru. Izvirajo iz pozitivnega naboja, torej iz vira energije. Negativni naboj je sprejemnik električnih vodov (absorber energije). Večja kot je moč naboja, večje je število silnic, ki izhajajo iz njega.

Za informacijo. Vse, kar je povezano z električnim poljem, si je pravzaprav precej težko predstavljati. Običajno je ta polja predstaviti z namišljenimi krivuljami, ki imajo naslednje lastnosti: ustrezno polje ima v vsaki točki smer tangente na krivuljo. Gostota teh krivulj vam pove, kako močno je polje na dani točki.

Magnetno polje je označeno z ustreznimi črtami. Njihova smer je usmerjena v smeri igle kompasa (od južnega pola proti severu), če bi bila ista puščica postavljena v to območje prostora. Gostota teh črt označuje moč polja.

Pomembno! Inducirana elektromotorna sila ni enakomerna in teži k prilagajanju tokov med točkama največjega in najnižjega potenciala. Ker je indukcija magnetnega polja vektorska količina, je treba najti njeno orientacijo.

Magnetno polje se obnaša drugače kot električno polje: nikoli ne more imeti virov ali ponorov. Magnetne indukcijske črte imajo smer, kot vsaka vektorska količina, vendar se nikoli ne začnejo ali končajo. Linije magnetnega polja so zaprte zanke.

Za informacijo. V vesolju ni magnetnih nabojev. Ko v teoretični fiziki govorimo o monopolih, mislimo na naboje, ki jih nihče ni opazil. Magnetna polja so območja, kjer predmet vpliva tako, da privlači ali odbija bližnji predmet. Magnetne indukcijske črte so sredstvo, s katerim polja vplivajo na bližnje predmete. Magnetne sile temeljijo na materialih, iz katerih so predmeti izdelani. Niso povezani z gravitacijo, saj velikost gravitacije temelji na masi predmeta.

Viri magnetnega polja

Torej magnetnega polja ne ustvarjajo naboji. Kaj je potem njen izvor? Ustvarjajo ga električni tokovi. Če je tok mogoče predstaviti kot vektor z določeno smerjo, potem so linije magnetne indukcije zanke, ki se vrtijo okoli tega toka.

Ko se električno polje skozi čas spremeni, se okoli smeri spremembe ustvarijo črte magnetne indukcije. Zahvaljujoč temu učinku se lahko elektromagnetno polje širi tudi v praznem prostoru brez tokov ali nabojev.

Elektromagnetno polje prevodnika

Vsaka snov je sestavljena iz atomov, ki vključujejo gibljive naboje. To pomeni, da ima vsak atom svoje magnetno polje. Toda praviloma so ta polja večsmerna in ne ustvarijo skupnega magnetnega polja. V materialu (železo, nikelj, kobalt) so lahko magnetna polja atomov poravnana tako, da bodo skoraj vsi v isti smeri. Ustvari se eno samo močno magnetno polje in material se namagneti.

Pomembno! Magnetizacija je urejenost magnetnih polj atomov. To lahko zmotite s tapkanjem ali segrevanjem materiala. Atomi se začnejo kaotično premikati, material pa izgubi svoje magnetne lastnosti.

Elektromagnetna indukcija

Ob kakršni koli spremembi magnetnega pretoka v vezju se inducira emf. Če je tokokrog sklenjen, se v njem pojavi tudi tok. EMF in tok, ustvarjen na ta način, se ohranjata, dokler se spreminjanje toka, povezano z vezjem, nadaljuje. Ta pojav imenujemo elektromagnetna indukcija.

Eksperimentalna opazovanja na preučevanem območju so znanstvenikom omogočila izpeljavo dveh slavnih fizikalnih zakonov:

1. Faradayev zakon. Velikost inducirane emf. sorazmeren s hitrostjo spremembe magnetnega pretoka, povezanega z vezjem;
2. Lenzov zakon. Smer inducirane emf je takšna, da nasprotuje spremembi magnetnega toka, ki jo povzroča.

Faradayev zakon je temeljna sestavina elektrotehnike. Generatorji, transformatorji, električne in proizvodne postaje temeljijo na tem zakonu: izmenično magnetno polje inducira električno polje.

Preprost način za prikaz razmerja med električnimi in magnetnimi silami se imenuje pravilo desne roke. Preprosto pravilo desne roke pravi, da:

• indukcijske črte, pridobljene skozi prevodno žico, bodo usmerjene v isto smer kot zviti prsti leve roke osebe;
• Smer toka se določi z nasprotnim položajem palca.

Celotna vsota magnetnega pretoka F je enaka gostoti pretoka B, pomnoženi s površino A, skozi katero teče.

Pomembno! Magnetno polje mora povečevati ali zmanjševati jakost pravokotno na žico (tako da pretočne črte "prečkajo" prevodnik), sicer napetost ne bo inducirana. Magnetno polje z različno intenzivnostjo lahko ustvarite tako, da premikate magnet blizu žice ali žične tuljave.

V vektorskem prostoru lahko vsako točko identificiramo z dvema vektorjema: električnim poljem E ali magnetno indukcijo B. Na vsaki točki prostora imata določene vrednosti, ki so lahko vse, tudi nič. Z uporabo vektorskih linij je prikazano elektromagnetno polje, ki si ga je lažje in bolj priročno predstavljati.

Video

Ali si vedel, Kaj je miselni eksperiment, gedanken eksperiment?
To je neobstoječa praksa, nezemeljska izkušnja, domišljija nečesa, kar dejansko ne obstaja. Miselni poskusi so kot budne sanje. Rojevajo pošasti. Za razliko od fizičnega eksperimenta, ki je eksperimentalni preizkus hipotez, »miselni eksperiment« čudežno nadomešča eksperimentalno testiranje z želenimi zaključki, ki niso bili preizkušeni v praksi, pri čemer manipulira z logičnimi konstrukcijami, ki dejansko kršijo samo logiko z uporabo nedokazanih premis kot dokazanih, tj. je, z zamenjavo. Tako je glavna naloga prijaviteljev "miselnih eksperimentov" prevarati poslušalca ali bralca z zamenjavo resničnega fizičnega eksperimenta z njegovo "lutko" - fiktivnim sklepanjem na pogojnem izpustu brez samega fizičnega preverjanja.
Polnjenje fizike z imaginarnimi, »miselnimi eksperimenti« je pripeljalo do nastanka absurdne, nadrealistične, zmedene slike sveta. Pravi raziskovalec mora takšne »zavitke bonbonov« ločiti od resničnih vrednosti.

Relativisti in pozitivisti trdijo, da so »miselni eksperimenti« zelo uporabno orodje za preverjanje doslednosti teorij (ki nastajajo tudi v naših glavah). Pri tem zavajajo ljudi, saj morebitno preverjanje lahko izvede samo vir, neodvisen od predmeta preverjanja. Prijavitelj hipoteze sam ne more biti preizkus lastne izjave, saj je razlog za to trditev sama odsotnost protislovij v izjavi, ki jih vidi prijavitelj.

To vidimo na primeru SRT in GTR, ki sta se spremenila v nekakšno religijo, ki obvladuje znanost in javno mnenje. Nobeno dejstvo, ki jim nasprotuje, ne more premagati Einsteinove formule: »Če dejstvo ne ustreza teoriji, spremeni dejstvo« (V drugi različici »Ali dejstvo ne ustreza teoriji? - Toliko slabše za dejstvo «).

Največ, kar lahko zahteva "miselni eksperiment", je le notranja konsistentnost hipoteze v okviru prijaviteljeve lastne, pogosto nikakor neresnične logike. To ne preverja skladnosti s prakso. Resnično preverjanje lahko poteka samo v dejanskem fizikalnem poskusu.

Eksperiment je eksperiment, ker ni izpopolnjevanje misli, ampak preizkus misli. Misel, ki je samokonsistentna, se ne more preveriti. To je dokazal Kurt Gödel.

Magnetna indukcija (simbol B)- glavna značilnost magnetnega polja (vektorska količina), ki določa silo vpliva na gibajoči se električni naboj (tok) v magnetnem polju, usmerjeno v smeri, ki je pravokotna na hitrost gibanja.

Magnetna indukcija je opredeljena kot sposobnost vplivanja na predmet z uporabo magnetnega polja. Ta sposobnost se pokaže, ko premikanje permanentnega magneta v tuljavi, zaradi česar se v tuljavi inducira (nastane) tok, hkrati pa se poveča tudi magnetni pretok v tuljavi.

Fizikalni pomen magnetne indukcije

Fizično je ta pojav razložen na naslednji način. Kovina ima kristalno strukturo (tuljava je iz kovine). Kristalna mreža kovine vsebuje električne naboje – elektrone. Če na kovino ni magnetnega vpliva, potem naboji (elektroni) mirujejo in se nikamor ne premaknejo.

Če je kovina pod vplivom izmeničnega magnetnega polja (zaradi gibanja trajnega magneta znotraj tuljave - gibanja namreč), potem se naboji začnejo premikati pod vplivom tega magnetnega polja.

Posledično se v kovini pojavi električni tok. Moč tega toka je odvisna od fizikalnih lastnosti magneta in tuljave ter hitrosti gibanja ene glede na drugo.

Ko kovinsko tuljavo postavimo v magnetno polje, se nabiti delci kovinske mreže (v tuljavi) zavrtijo pod določenim kotom in postavijo vzdolž silnic.

Večja kot je jakost magnetnega polja, več delcev se vrti in bolj enakomerna bo njihova razporeditev.

Magnetna polja, usmerjena v eno smer, se ne nevtralizirajo, temveč se seštevajo in tvorijo eno samo polje.

Formula magnetne indukcije

Kje, IN— vektor magnetne indukcije, F- največja sila, ki deluje na vodnik po katerem teče tok, jaz- jakost toka v vodniku, l— dolžina vodnika.

Magnetni tok

Magnetni pretok je skalarna količina, ki označuje učinek magnetne indukcije na določeno kovinsko vezje.

Magnetna indukcija je določena s številom silnic, ki potekajo skozi 1 cm2 kovinskega odseka.

Magnetometri, ki se uporabljajo za merjenje, se imenujejo teslometri.

Merska enota SI za magnetno indukcijo je Tesla (Tl).

Po prenehanju gibanja elektronov v tuljavi jedro, če je izdelano iz mehkega železa, izgubi svoje magnetne lastnosti. Če je izdelan iz jekla, ima sposobnost, da nekaj časa ohrani svoje magnetne lastnosti.