Zeichnen wir in einem Magnetfeld eine Reihe durchgehender Linien, so dass diese Linien überall mit der Richtung der Feldstärke (mit der Richtung der magnetischen Induktion) zusammenfallen. Das resultierende Bild kann als Abbild des Magnetfelds dienen.
Bewegt man eine kleine, frei schwebende Kompassnadel entlang der magnetischen Feldlinie, so fällt ihre Achse überall mit dem nahegelegenen Linienabschnitt zusammen. Auf einer der Zeilen in Abb. 2.13 zeigt Kompasspfeile in vier Positionen.
Reis. 2.13. Magnetfeld des Stabmagneten
Reis. 2.14. Magnetfeld eines geradlinigen stromdurchflossenen Leiters. Vergleiche mit Abb. 2.10
Auf Abb. 2.13, 2.14 sind durch Linien die Magnetfelder eines Permanentmagneten und eines geradlinigen Leiters mit Strom dargestellt. Die Pfeile auf den Linien zeigen die Richtung des Magnetfelds (die Richtung, in die das nördliche Ende der Kompassnadel zeigen würde).
Um die Stärke des Feldes anhand der Abbildung beurteilen zu können, wurde vereinbart, Linien zu ziehen, je näher beieinander, desto stärker das Feld.
Von Abb. 2.13 zeigt, dass das stärkste Feld direkt in der Nähe der Pole des Magneten ist. Von Abb. 2.14 ist ersichtlich, dass das Stromfeld in der Nähe des Drahtes am stärksten ist, und wenn Sie sich davon entfernen, wird das Feld schwächer.
In § 2.1 wurde gesagt, dass kleine Eisenkörper unter dem Einfluss eines Magneten selbst zu Magneten werden (Abb. 2.1, a).
Daher ist es klar, dass, wenn Sie einen Permanentmagneten auf das Brett legen und das Brett mit Eisenspänen bestreuen, diese so lokalisiert werden, wie kleine Kompassnadeln lokalisiert würden. Die mit Sägemehl gewonnenen Bilder geben eine visuelle Darstellung des Feldes.
Auf Abb. 2.15 zeigt das Magnetfeld der Spule. Wenn der Draht zu einer Spirale gewickelt wird, gewickelt wie eine Spule, dann addieren sich die gleichgerichteten Felder der einzelnen Windungen und verstärken das Feld innerhalb der Spule.
Die Richtung der magnetischen Linie fällt mit der Spulenachse zusammen, und das Feld erreicht dort seinen größten Wert. Das Feld innerhalb der Spule ist annähernd gleichförmig, d. h. die Feldstärke bleibt an verschiedenen Stellen annähernd gleich. Die Abstände zwischen benachbarten Magnetlinien mit der höchsten Dichte innerhalb der Spule sind ebenfalls gleich.
Reis. 2.15. Magnetfeldmuster der Spule
Um die Struktur des Magnetfelds zu studieren, verwendet man Spektrum-Methode. Kleine Eisenspäne, die in ein Magnetfeld fallen, werden magnetisiert und bilden in Wechselwirkung miteinander Ketten, deren Anordnung es erlaubt, die Struktur des Magnetfelds zu beurteilen.
Als Anwendungsbeispiel Spektrum-Methode Betrachten Sie ein Experiment mit dem Magnetfeld eines geraden Leiters. Lassen Sie uns einen langen geraden Leiter, der mit einem Stromkreis verbunden ist, durch eine dünne dielektrische Platte führen. Wir werden kleine Eisenspäne auf die Platte gießen und leicht auf die Platte klopfen. Das Sägemehl sammelt sich in Form von konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Durchmessern um den Leiter (Abb. 6.10). Wenn wir das Experiment mit anderen Leitern bei anderen Werten der Stromstärke wiederholen, erhalten wir ähnliche Muster, die als magnetische Spektren bezeichnet werden.
Spektren kann auf Papier als dargestellt werden Linien der magnetischen Induktion.
Für einen geraden Leiter ist ein solches Bild in Abb. 2 dargestellt. 6.11. In den Bildern magnetischer Spektren Linien der magnetischen Induktion zeigen die Richtung der magnetischen Induktion an jedem Punkt. An jedem Punkt der Induktionslinie fällt die Tangente mit dem magnetischen Induktionsvektor zusammen.
Tangentenlinien, die an jedem Punkt die Richtung der magnetischen Induktion zeigen, werden genannt Linien der magnetischen Induktion.
Dichte Linien der magnetischen Induktion hängt vom Modul der magnetischen Induktion ab. Es ist größer, wo das Modul größer ist, und umgekehrt. Die Richtung der magnetischen Induktionslinien eines direkten Leiters wird durch die Regel der rechten Schraube bestimmt.
Spektren von Magnetfeldern Leiter unterschiedlicher Form haben viel gemeinsam.
Das Spektrum des Magnetfelds eines Rings mit Strom ähnelt also zwei kombinierten Spektren gerader Leiter (Abb. 6.12). Nur die Dichte der Induktionslinien in der Ringmitte ist größer (Abb. 6.13).
Das magnetische Spektrum einer Spule mit vielen Windungen (Solenoid) ist in Abb. 1 dargestellt. 6.14. Die Abbildung zeigt, dass die Linien Die magnetische Induktion einer solchen Spule ist intern parallel und hat die gleiche Dichte. Dies deutet darauf hin, dass das Magnetfeld innerhalb der langen Spule gleichmäßig ist – an allen Stellen ist die magnetische Induktion gleich (Abb. 6.15). Die magnetischen Induktionslinien divergieren nur außerhalb der Spule, wo das Magnetfeld inhomogen ist.
Wenn wir die Spektren der Magnetfelder von Leitern mit Strom verschiedener Formen vergleichen, können wir das sehen Induktionsleitungen sind immer geschlossen oder bei weiterer Fortsetzung können sie schließen. Dies zeigt das Fehlen magnetischer Ladungen an. Ein solches Feld heißt Wirbel. Wirbelfeld hat kein Potenzial.Material von der Website
Auf dieser Seite Material zu den Themen:
Spektren von Magnetfeldern GDz Reshebnik
Welche physikalischen Prozesse laufen bei der Bildung des magnetischen Spektrums ab?
Entdeckungen auf dem Gebiet der Magnetfelder
Bericht zum Thema Magnetfeld und seiner grafischen Darstellung
Beispiele für Magnetfeldspektren
Fragen zu diesem Artikel:
Oersteds Experiment 1820. Was zeigt die Abweichung der Magnetnadel an, wenn der Stromkreis geschlossen ist? Um einen stromdurchflossenen Leiter herrscht ein Magnetfeld. Die Magnetnadel reagiert darauf. Die Quelle des Magnetfeldes sind bewegte elektrische Ladungen oder Ströme.
Oersteds Experiment im Jahr 1820. Was bedeutet die Tatsache, dass die Magnetnadel eingeschaltet wurde? Das bedeutet, dass sich die Stromrichtung im Leiter in die entgegengesetzte Richtung geändert hat.
Ampères Experiment im Jahr 1820. Wie erklärt sich die Tatsache, dass Leiter mit Strom miteinander interagieren? Wir wissen, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld wirkt. Daher kann das Phänomen der Wechselwirkung von Strömen wie folgt erklärt werden: Ein elektrischer Strom im ersten Leiter erzeugt ein Magnetfeld, das auf den zweiten Strom wirkt und umgekehrt ...
Einheit der Stromstärke Fließt ein Strom von 1 A durch zwei parallele, 1 m lange Leiter, die im Abstand von 1 m voneinander entfernt sind, so wirken sie mit einer Kraft N zusammen.
Einheit der Stromstärke 2 A Wie groß ist die Stromstärke in den Leitern, wenn sie mit der Kraft H wechselwirken?
Was ist ein Magnetfeld und welche Eigenschaften hat es? 1.MP ist eine besondere Form von Materie, die unabhängig von uns und unserem Wissen darüber existiert. 2. MP wird durch sich bewegende elektrische Ladungen erzeugt und wird durch die Wirkung auf sich bewegende elektrische Ladungen erfasst. 3. Mit der Entfernung von der Quelle von MF wird es schwächer.
Eigenschaften magnetischer Linien: 1. Magnetische Linien sind geschlossene Kurven. Was sagt es? Wenn Sie ein Stück eines Magneten nehmen und es in zwei Teile zerbrechen, hat jedes Teil wieder einen „Nord“- und einen „Süd“-Pol. Wenn Sie das resultierende Stück wieder in zwei Teile brechen, hat jeder Teil wieder einen „Nord“- und einen „Süd“-Pol. Egal wie klein die resultierenden Magnetstücke sind, jedes Stück wird immer einen „Nord“- und einen „Süd“-Pol haben. Es ist unmöglich, einen magnetischen Monopol zu erreichen ("mono" bedeutet eins, Monopol - ein Pol). Zumindest ist dies die moderne Sichtweise auf dieses Phänomen. Dies deutet darauf hin, dass es in der Natur keine magnetischen Ladungen gibt. Die Magnetpole können nicht getrennt werden.
2. Man erkennt ein magnetisches Feld durch ... A) durch Einwirkung auf einen beliebigen Leiter, B) durch Einwirkung auf einen Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt, C) einen geladenen Tennisball, der an einem dünnen, nicht dehnbaren Faden aufgehängt ist, D) durch bewegte elektrische Ladungen. a) A und B, b) A und C, c) B und C, d) B und D.
7. Welche Aussagen sind richtig? A. Elektrische Ladungen existieren in der Natur. B. Es gibt magnetische Ladungen in der Natur. F. In der Natur gibt es keine elektrischen Ladungen. D. In der Natur gibt es keine magnetischen Ladungen. a) A und B, b) A und C, c) A und D, d) B, C und D.
10. Zwei parallele Leiter von 1 m Länge, die sich in einem Abstand von 1 m voneinander befinden, werden, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt, mit einer Kraft N angezogen. Dies bedeutet, dass Ströme durch die Leiter fließen ... a) entgegengesetzte Richtungen von 1 A, b ) eine Richtung je 1 A, c) entgegengesetzte Richtungen je 0,5 A, d) eine Richtung je 0,5 A.
23. Die Magnetnadel weicht ab, wenn sie in der Nähe von ... A) in der Nähe des Elektronenflusses, B) in der Nähe des Wasserstoffatomflusses, C) in der Nähe des negativen Ionenflusses, D) in der Nähe des positiven Ionenflusses, E) in der Nähe des Kernflusses des Sauerstoffatoms. a) alle Antworten sind richtig b) A, B, C und D, c) B, C, D, d) B, C, D, E
3. Die Abbildung zeigt einen Querschnitt eines Leiters mit Strom am Punkt A, der elektrische Strom tritt senkrecht zur Ebene der Abbildung ein. Welche der am Punkt M dargestellten Richtungen entspricht der Richtung des Vektors B der Induktion des Magnetfelds des Stroms an diesem Punkt? a) 1, b) 2, c) 3, 4)
Lassen Sie uns gemeinsam verstehen, was ein Magnetfeld ist. Schließlich leben viele Menschen ihr ganzes Leben in diesem Bereich und denken nicht einmal darüber nach. Zeit, es zu beheben!
Ein Magnetfeld
Ein Magnetfeld ist eine besondere Sache. Sie manifestiert sich in der Einwirkung auf bewegte elektrische Ladungen und Körper, die ein eigenes magnetisches Moment haben (Permanentmagnete).
Wichtig: Ein Magnetfeld wirkt nicht auf stationäre Ladungen! Ein Magnetfeld wird auch durch sich bewegende elektrische Ladungen oder durch ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld oder durch die magnetischen Momente von Elektronen in Atomen erzeugt. Das heißt, jeder Draht, durch den Strom fließt, wird auch zum Magneten!
Ein Körper, der sein eigenes Magnetfeld hat.
Ein Magnet hat Pole, die Nord und Süd genannt werden. Die Bezeichnungen "Norden" und "Süden" werden nur der Einfachheit halber angegeben (als "Plus" und "Minus" in Elektrizität).
Das Magnetfeld wird dargestellt durch magnetische Linien erzwingen. Die Kraftlinien sind durchgehend und geschlossen, und ihre Richtung fällt immer mit der Richtung der Feldkräfte zusammen. Streut man Metallspäne um einen Permanentmagneten, zeigen die Metallpartikel ein klares Bild der vom Nordpol ausgehenden und in den Südpol eintretenden Magnetfeldlinien. Grafische Charakteristik des Magnetfeldes - Kraftlinien.
Magnetfeldeigenschaften
Die Hauptmerkmale des Magnetfelds sind magnetische Induktion, magnetischer Fluss und magnetische Permeabilität. Aber reden wir über alles der Reihe nach.
Wir stellen sofort fest, dass alle Maßeinheiten im System angegeben sind SI.
Magnetische Induktion B - vektorielle physikalische Größe, die die Hauptleistungseigenschaft des Magnetfelds ist. Mit Buchstaben bezeichnet B . Die Maßeinheit der magnetischen Induktion - Tesla (Tl).
Die magnetische Induktion gibt an, wie stark ein Feld ist, indem es die Kraft bestimmt, mit der es auf eine Ladung wirkt. Diese Kraft heißt Lorentzkraft.
Hier q - aufladen, v - seine Geschwindigkeit in einem Magnetfeld, B - Induktion, F ist die Lorentzkraft, mit der das Feld auf die Ladung wirkt.
F- eine physikalische Größe, die dem Produkt der magnetischen Induktion durch die Fläche der Kontur und dem Kosinus zwischen dem Induktionsvektor und der Normalen zur Ebene der Kontur entspricht, durch die der Fluss fließt. Der Magnetfluss ist eine skalare Eigenschaft eines Magnetfelds.
Wir können sagen, dass der magnetische Fluss die Anzahl der magnetischen Induktionslinien charakterisiert, die eine Flächeneinheit durchdringen. Der magnetische Fluss wird in gemessen Weberach (WB).
Magnetische Permeabilität ist der Koeffizient, der die magnetischen Eigenschaften des Mediums bestimmt. Einer der Parameter, von dem die magnetische Induktion des Feldes abhängt, ist die magnetische Permeabilität.
Unser Planet ist seit mehreren Milliarden Jahren ein riesiger Magnet. Die Induktion des Erdmagnetfeldes variiert je nach Koordinaten. Am Äquator beträgt sie etwa 3,1 mal 10 hoch minus fünf Tesla. Außerdem gibt es magnetische Anomalien, bei denen sich Stärke und Richtung des Feldes deutlich von benachbarten Gebieten unterscheiden. Eine der größten magnetischen Anomalien auf dem Planeten - Kursk und Brasilianische magnetische Anomalie.
Der Ursprung des Erdmagnetfeldes ist Wissenschaftlern noch immer ein Rätsel. Es wird angenommen, dass die Quelle des Feldes der flüssige Metallkern der Erde ist. Der Kern bewegt sich, was bedeutet, dass sich die geschmolzene Eisen-Nickel-Legierung bewegt, und die Bewegung geladener Teilchen ist der elektrische Strom, der das Magnetfeld erzeugt. Das Problem ist, dass diese Theorie Geodynamo) erklärt nicht, wie das Feld stabil gehalten wird.
Die Erde ist ein riesiger magnetischer Dipol. Die magnetischen Pole stimmen nicht mit den geografischen überein, obwohl sie sich in unmittelbarer Nähe befinden. Außerdem bewegen sich die Magnetpole der Erde. Ihre Vertreibung wurde seit 1885 aufgezeichnet. Beispielsweise hat sich der Magnetpol in der südlichen Hemisphäre in den letzten hundert Jahren um fast 900 Kilometer verschoben und befindet sich jetzt im Südlichen Ozean. Der Pol der arktischen Hemisphäre bewegt sich über den Arktischen Ozean in Richtung der ostsibirischen Magnetanomalie, die Geschwindigkeit seiner Bewegung (nach Daten von 2004) betrug etwa 60 Kilometer pro Jahr. Jetzt gibt es eine Beschleunigung der Bewegung der Pole - im Durchschnitt wächst die Geschwindigkeit um 3 Kilometer pro Jahr.
Welche Bedeutung hat das Magnetfeld der Erde für uns? Zunächst einmal schützt das Magnetfeld der Erde den Planeten vor kosmischer Strahlung und dem Sonnenwind. Geladene Teilchen aus dem Weltraum fallen nicht direkt auf den Boden, sondern werden von einem riesigen Magneten abgelenkt und bewegen sich entlang seiner Kraftlinien. Somit sind alle Lebewesen vor schädlicher Strahlung geschützt.
Im Laufe der Erdgeschichte gab es mehrere Umkehrungen(Änderungen) von Magnetpolen. Polumkehrung ist, wenn sie die Plätze wechseln. Das letzte Mal trat dieses Phänomen vor etwa 800.000 Jahren auf, und es gab mehr als 400 geomagnetische Umkehrungen in der Erdgeschichte.Einige Wissenschaftler glauben, dass angesichts der beobachteten Beschleunigung der Bewegung der Magnetpole die nächste Polumkehr erfolgen sollte in den nächsten paar tausend Jahren erwartet.
Glücklicherweise ist in unserem Jahrhundert keine Polumkehr zu erwarten. So können Sie über das angenehme und angenehme Leben im guten alten konstanten Feld der Erde nachdenken, nachdem Sie die wichtigsten Eigenschaften und Merkmale des Magnetfelds berücksichtigt haben. Und damit Ihnen das gelingt, gibt es unsere Autorinnen und Autoren, denen man mit Zuversicht auf den Erfolg so manches Erziehungsproblem anvertrauen kann! und andere Arten von Arbeiten, die Sie unter dem Link bestellen können.
Themen des USE-Kodifikators: Wechselwirkung von Magneten, Magnetfeld eines Leiters mit Strom.
Die magnetischen Eigenschaften von Materie sind den Menschen seit langem bekannt. Magnete haben ihren Namen von der antiken Stadt Magnesia: In ihrer Umgebung war ein Mineral (später magnetisches Eisenerz oder Magnetit genannt) weit verbreitet, dessen Stücke Eisengegenstände anzogen.
Wechselwirkung von Magneten
Jeder Magnet hat zwei Seiten Nordpol und Südpol. Zwei Magnete werden von entgegengesetzten Polen angezogen und von gleichen Polen abgestoßen. Magnete können sogar durch ein Vakuum aufeinander einwirken! All dies erinnert jedoch an die Wechselwirkung elektrischer Ladungen Die Wechselwirkung von Magneten ist nicht elektrisch. Dies wird durch die folgenden experimentellen Tatsachen belegt.
Die Magnetkraft wird schwächer, wenn der Magnet erhitzt wird. Die Stärke der Wechselwirkung von Punktladungen hängt nicht von ihrer Temperatur ab.
Durch Schütteln des Magneten wird die Magnetkraft geschwächt. Nichts dergleichen passiert mit elektrisch geladenen Körpern.
Positive elektrische Ladungen können von negativen getrennt werden (z. B. wenn Körper elektrifiziert werden). Aber es ist unmöglich, die Pole des Magneten zu trennen: Schneidet man den Magneten in zwei Teile, dann erscheinen auch Pole an der Schnittstelle, und der Magnet zerbricht in zwei Magnete mit entgegengesetzten Polen an den Enden (genau ausgerichtet genauso wie die Pole des Originalmagneten).
Also die Magnete stets bipolar, sie existieren nur in der Form Dipole. isolierte Magnetpole (sog magnetische Monopole- Analoga der elektrischen Ladung) in der Natur nicht existieren (auf jeden Fall wurden sie noch nicht experimentell nachgewiesen). Dies ist vielleicht die beeindruckendste Asymmetrie zwischen Elektrizität und Magnetismus.
Wie elektrisch geladene Körper wirken Magnete auf elektrische Ladungen. Der Magnet wirkt jedoch nur auf ziehen um aufladen; Befindet sich die Ladung relativ zum Magneten in Ruhe, so wirkt keine magnetische Kraft auf die Ladung. Im Gegensatz dazu wirkt ein elektrifizierter Körper auf jede Ladung, unabhängig davon, ob er ruht oder sich bewegt.
Nach modernen Vorstellungen der Theorie der Nahwirkung erfolgt die Wechselwirkung von Magneten durch Magnetfeld Ein Magnet erzeugt nämlich im umgebenden Raum ein Magnetfeld, das auf einen anderen Magneten wirkt und eine sichtbare Anziehung oder Abstoßung dieser Magnete bewirkt.
Ein Beispiel für einen Magneten ist magnetische Nadel Kompass. Mit Hilfe einer Magnetnadel kann man das Vorhandensein eines Magnetfelds in einem bestimmten Raumbereich sowie die Richtung des Felds beurteilen.
Unser Planet Erde ist ein riesiger Magnet. Nicht weit entfernt vom geografischen Nordpol der Erde befindet sich der magnetische Südpol. Daher zeigt das nördliche Ende der Kompassnadel, das sich zum magnetischen Südpol der Erde dreht, in den geografischen Norden. Daher entstand tatsächlich der Name "Nordpol" des Magneten.
Magnetfeldlinien
Das elektrische Feld wird, wie wir uns erinnern, mit Hilfe kleiner Testladungen untersucht, anhand derer man die Größe und Richtung des Feldes beurteilen kann. Ein Analogon einer Testladung im Falle eines Magnetfelds ist eine kleine Magnetnadel.
Man kann sich zum Beispiel eine geometrische Vorstellung vom Magnetfeld machen, indem man sehr kleine Kompassnadeln an verschiedenen Stellen im Raum platziert. Die Erfahrung zeigt, dass sich die Pfeile entlang bestimmter Linien ausrichten - den sogenannten Magnetfeldlinien. Lassen Sie uns dieses Konzept in Form der folgenden drei Absätze definieren.
1. Magnetfeldlinien oder magnetische Kraftlinien sind gerichtete Linien im Raum, die folgende Eigenschaft haben: Eine kleine Kompassnadel, die an jedem Punkt einer solchen Linie platziert wird, ist tangential zu dieser Linie ausgerichtet.
2. Die Richtung der Magnetfeldlinie ist die Richtung der nördlichen Enden der Kompassnadeln, die sich an den Punkten dieser Linie befinden.
3. Je dicker die Linien werden, desto stärker ist das Magnetfeld in einem bestimmten Raumbereich..
Die Rolle von Kompassnadeln können erfolgreich Eisenspäne übernehmen: In einem Magnetfeld werden kleine Späne magnetisiert und verhalten sich genau wie Magnetnadeln.
Nachdem wir Eisenspäne um einen Permanentmagneten gegossen haben, sehen wir ungefähr das folgende Bild von Magnetfeldlinien (Abb. 1).
Reis. 1. Permanentmagnetfeld
Der Nordpol des Magneten ist blau und der Buchstabe ; der Südpol - in Rot und der Buchstabe . Beachten Sie, dass die Feldlinien am Nordpol des Magneten austreten und in den Südpol eintreten, da das nördliche Ende der Kompassnadel auf den Südpol des Magneten zeigt.
Örsteds Erfahrung
Obwohl elektrische und magnetische Phänomene den Menschen seit der Antike bekannt sind, wurde lange Zeit kein Zusammenhang zwischen ihnen beobachtet. Die Erforschung von Elektrizität und Magnetismus verlief mehrere Jahrhunderte parallel und unabhängig voneinander.
Die bemerkenswerte Tatsache, dass elektrische und magnetische Phänomene tatsächlich miteinander zusammenhängen, wurde erstmals 1820 in dem berühmten Experiment von Oersted entdeckt.
Das Schema von Oersteds Experiment ist in Abb. 1 dargestellt. 2 (Bild von rt.mipt.ru). Über der Magnetnadel (und - dem Nord- und Südpol des Pfeils) befindet sich ein Metallleiter, der mit einer Stromquelle verbunden ist. Wenn Sie den Stromkreis schließen, dreht sich der Pfeil senkrecht zum Leiter!
Dieses einfache Experiment wies direkt auf die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus hin. Die Experimente, die auf Oersteds Erfahrung folgten, etablierten fest das folgende Muster: Das Magnetfeld wird durch elektrische Ströme erzeugt und wirkt auf Ströme.
Reis. 2. Oersteds Experiment
Das Bild der Magnetfeldlinien, die von einem Leiter mit Strom erzeugt werden, hängt von der Form des Leiters ab.
Magnetfeld eines geraden Drahtes mit Strom
Die magnetischen Feldlinien eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes sind konzentrische Kreise. Die Mittelpunkte dieser Kreise liegen auf dem Draht, und ihre Ebenen stehen senkrecht auf dem Draht (Abb. 3).
Reis. 3. Feld eines direkten Drahtes mit Strom
Es gibt zwei alternative Regeln zur Bestimmung der Richtung von Gleichstrom-Magnetfeldlinien.
Stundenzeiger Regel. Die Feldlinien verlaufen bei Betrachtung entgegen dem Uhrzeigersinn, sodass der Strom auf uns zufließt..
Schraube Regel(oder Gimlet-Regel, oder Korkenzieher-Regel- es ist jemandem näher ;-)). Die Feldlinien verlaufen dort, wo die Schraube (mit herkömmlichem Rechtsgewinde) gedreht werden muss, um sich entlang des Gewindes in Stromrichtung zu bewegen.
Verwenden Sie die Regel, die Ihnen am besten passt. Gewöhnen Sie sich besser an die Regel im Uhrzeigersinn – Sie werden später selbst feststellen, dass sie universeller und einfacher zu handhaben ist (und sich dann in Ihrem ersten Jahr, wenn Sie analytische Geometrie studieren, dankbar daran erinnern).
Auf Abb. 3 ist auch etwas Neues aufgetaucht: Dies ist ein Vektor, der aufgerufen wird Magnetfeld Induktion, oder magnetische Induktion. Der magnetische Induktionsvektor ist ein Analogon des elektrischen Feldstärkevektors: er dient Leistungscharakteristik Magnetfeld, bestimmt die Kraft, mit der das Magnetfeld auf bewegte Ladungen wirkt.
Wir werden später über Kräfte in einem Magnetfeld sprechen, aber jetzt bemerken wir nur, dass die Größe und Richtung des Magnetfelds durch den magnetischen Induktionsvektor bestimmt wird. An jedem Punkt im Raum ist der Vektor in dieselbe Richtung gerichtet wie das Nordende der an diesem Punkt platzierten Kompassnadel, nämlich tangential zur Feldlinie in Richtung dieser Linie. Die magnetische Induktion wird in gemessen teslach(TL).
Wie bei einem elektrischen Feld gilt für die Induktion eines magnetischen Feldes, Prinzip der Superposition. Darin liegt es Induktion von Magnetfeldern, die an einem bestimmten Punkt durch verschiedene Ströme erzeugt werden, werden vektoriell addiert und ergeben den resultierenden Vektor der magnetischen Induktion:.
Das Magnetfeld einer Spule mit Strom
Stellen Sie sich eine kreisförmige Spule vor, durch die ein Gleichstrom fließt. Wir zeigen nicht die Quelle, die den Strom in der Figur erzeugt.
Das Bild der Linien des Feldes, in dem wir an der Reihe sind, hat ungefähr die folgende Form (Abb. 4).
Reis. 4. Feld der Spule mit Strom
Für uns wird es wichtig sein, bestimmen zu können, in welchen Halbraum (bezogen auf die Spulenebene) das Magnetfeld gerichtet ist. Wieder haben wir zwei alternative Regeln.
Stundenzeiger Regel. Die Feldlinien gehen dorthin und schauen von dort aus, wo der Strom gegen den Uhrzeigersinn zu zirkulieren scheint.
Schraube Regel. Die Feldlinien verlaufen dorthin, wo sich die Schraube (mit herkömmlichem Rechtsgewinde) bewegen würde, wenn sie in Stromrichtung gedreht würde.
Wie man sieht, sind die Rollen von Strom und Feld vertauscht - im Vergleich zu den Formulierungen dieser Regeln für den Fall von Gleichstrom.
Das Magnetfeld einer Spule mit Strom
Spule es stellt sich heraus, wenn es fest ist, wickeln Sie den Draht von Spule zu Spule zu einer ausreichend langen Spirale (Abb. 5 - Bild von der Website en.wikipedia.org). Die Spule kann mehrere zehn, hundert oder sogar tausend Windungen haben. Die Spule wird auch genannt Solenoid.
Reis. 5. Spule (Magnet)
Das Magnetfeld einer Windung sieht bekanntlich nicht sehr einfach aus. Felder? einzelne Windungen der Spule überlagern sich, und es scheint, dass das Ergebnis ein sehr verwirrendes Bild sein sollte. Dies ist jedoch nicht der Fall: Das Feld einer langen Spule hat eine unerwartet einfache Struktur (Abb. 6).
Reis. 6. Spulenfeld mit Strom
In dieser Abbildung fließt der Strom in der Spule von links gesehen gegen den Uhrzeigersinn (dies geschieht, wenn in Abb. 5 das rechte Ende der Spule mit dem „Plus“ der Stromquelle verbunden ist und das linke Ende mit das „Minus“). Wir sehen, dass das Magnetfeld der Spule zwei charakteristische Eigenschaften hat.
1. Im Inneren der Spule, weg von ihren Rändern, befindet sich das Magnetfeld homogen: An jedem Punkt ist der magnetische Induktionsvektor in Größe und Richtung gleich. Die Feldlinien sind parallele Geraden; Sie biegen sich nur in der Nähe der Ränder der Spule, wenn sie ausgehen.
2. Außerhalb der Spule ist das Feld nahe Null. Je mehr Windungen in der Spule sind, desto schwächer ist das Feld außerhalb.
Beachten Sie, dass eine unendlich lange Spule überhaupt kein Feld aussendet: Außerhalb der Spule gibt es kein Magnetfeld. Innerhalb einer solchen Spule ist das Feld überall gleichförmig.
Erinnert es dich an nichts? Eine Spule ist das "magnetische" Gegenstück eines Kondensators. Sie erinnern sich, dass der Kondensator in sich selbst ein gleichmäßiges elektrisches Feld erzeugt, dessen Linien nur in der Nähe der Plattenkanten gekrümmt sind, und außerhalb des Kondensators ist das Feld nahe Null; Ein Kondensator mit unendlichen Platten gibt das Feld überhaupt nicht ab, und das Feld ist überall in ihm gleichmäßig.
Und jetzt - die Hauptbeobachtung. Vergleichen Sie bitte das Bild der magnetischen Feldlinien außerhalb der Spule (Abb. 6) mit den Feldlinien des Magneten in Abb. ein . Es ist dasselbe, nicht wahr? Und jetzt kommen wir zu einer Frage, die Sie wahrscheinlich schon vor langer Zeit hatten: Wenn ein Magnetfeld durch Ströme erzeugt wird und auf Ströme wirkt, was ist dann der Grund für das Auftreten eines Magnetfelds in der Nähe eines Permanentmagneten? Schließlich scheint dieser Magnet kein Stromleiter zu sein!
Ampères Hypothese. Elementare Strömungen
Zunächst dachte man, dass die Wechselwirkung von Magneten auf spezielle magnetische Ladungen zurückzuführen ist, die sich an den Polen konzentrieren. Aber im Gegensatz zur Elektrizität konnte niemand die magnetische Ladung isolieren; schließlich war es, wie bereits gesagt, nicht möglich, den Nord- und den Südpol des Magneten getrennt zu erhalten - die Pole sind im Magneten immer paarweise vorhanden.
Zweifel an magnetischen Ladungen wurden durch die Erfahrung von Oersted verstärkt, als sich herausstellte, dass das Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird. Außerdem hat sich herausgestellt, dass es für jeden Magneten möglich ist, einen Leiter mit einem Strom geeigneter Konfiguration zu wählen, so dass das Feld dieses Leiters mit dem Feld des Magneten zusammenfällt.
Ampere stellte eine kühne Hypothese auf. Es gibt keine magnetischen Ladungen. Die Wirkung eines Magneten wird durch geschlossene elektrische Ströme in seinem Inneren erklärt..
Was sind das für Strömungen? Diese elementare Strömungen zirkulieren innerhalb von Atomen und Molekülen; Sie sind mit der Bewegung von Elektronen in Atombahnen verbunden. Das Magnetfeld eines jeden Körpers setzt sich aus den Magnetfeldern dieser Elementarströme zusammen.
Elementarströme können beliebig zueinander angeordnet sein. Dann löschen sich ihre Felder gegenseitig aus und der Körper zeigt keine magnetischen Eigenschaften.
Sind die Elementarströme aber aufeinander abgestimmt, dann verstärken sich ihre Felder gegenseitig. Der Körper wird zum Magneten (Abb. 7; das Magnetfeld wird auf uns gerichtet; der Nordpol des Magneten wird ebenfalls auf uns gerichtet).
Reis. 7. Elementare Magnetströme
Die Hypothese von Ampere über Elementarströme verdeutlichte die Eigenschaften von Magneten: Durch Erhitzen und Schütteln eines Magneten wird die Anordnung seiner Elementarströme zerstört, und die magnetischen Eigenschaften werden schwächer. Die Untrennbarkeit der Magnetpole wurde offensichtlich: An der Stelle, an der der Magnet geschnitten wurde, erhalten wir an den Enden die gleichen Elementarströme. Die Magnetisierbarkeit eines Körpers in einem Magnetfeld erklärt sich durch die koordinierte Ausrichtung von Elementarströmen, die sich richtig „drehen“ (lesen Sie über die Drehung eines Kreisstroms in einem Magnetfeld im nächsten Blatt).
Amperes Hypothese erwies sich als richtig – das zeigte die Weiterentwicklung der Physik. Das Konzept der Elementarströme ist zu einem festen Bestandteil der Atomtheorie geworden, die bereits im zwanzigsten Jahrhundert entwickelt wurde – fast hundert Jahre nach Ampères brillanter Vermutung.
