Piirretään sarja jatkuvia viivoja magneettikenttään siten, että nämä viivat ovat kaikkialla yhtäpitäviä kentänvoimakkuuden suunnan (magneettisen induktion suunnan) kanssa. Tuloksena oleva kuva voi toimia kuvana magneettikentästä.

Jos liikutat pientä, vapaasti ripustettua kompassin neulaa magneettikenttäviivaa pitkin, sen akseli osuu kaikkialla linjan läheiseen osuuteen. Yhdellä kuvan viivoista. 2.13 näyttää kompassin nuolet neljässä asennossa.

Riisi. 2.13. Tankomagneettimagneettikenttä

Riisi. 2.14. Suoraviivaisen virtaa kuljettavan johtimen magneettikenttä. Vertaa kuvioon 2.10

Kuvassa 2.13, 2.14 viivojen avulla esitetään kestomagneetin ja suoraviivaisen johtimen magneettikentät virralla. Viivojen nuolet osoittavat magneettikentän suunnan (suunnan, johon kompassin neulan pohjoispää osoittaa).

Jotta kentän vahvuus voitaisiin arvioida kuviosta, sovittiin, että viivat piirretään mitä lähemmäs toisiaan, sitä vahvempi kenttä.

Kuvasta 2.13 osoittaa, että voimakkain kenttä on suoraan lähellä magneetin napoja. Kuvasta 2.14 näkyy, että virtakenttä on voimakkain lähellä johtoa, ja kun siirryt pois siitä, kenttä heikkenee.

Kohdassa 2.1 sanottiin, että magneetin vaikutuksesta pienet rautakappaleet muuttuvat itse magneeteiksi (kuva 2.1, a).

Siksi on selvää, että jos laitat kestomagneetin laudalle ja ripottelet laudalle rautaviilaa, ne sijoittuvat niin kuin pienet kompassin neulat. Sahanpurun avulla saadut kuvat antavat visuaalisen esityksen pellosta.

Kuvassa 2.15 näyttää kelan magneettikentän. Jos lanka on kierretty kierteeksi, kierretty kuten kela, niin yksittäisten kierrosten tasaisesti suunnatut kentät täydentävät toisiaan vahvistaen kenttää kelan sisällä.

Magneettiviivan suunta osuu yhteen kelan akselin kanssa ja kenttä saavuttaa suurimman arvonsa siellä. Kenttä kelan sisällä on suunnilleen tasainen, eli kentänvoimakkuus pysyy suunnilleen samana eri kohdissa. Etäisyydet vierekkäisten magneettilinjojen välillä, joilla on suurin tiheys kelan sisällä, ovat myös samat.

Riisi. 2.15. Kelan magneettikenttäkuvio

Magneettikentän rakenteen tutkimiseen käytetään spektrimenetelmä. Magneettikenttään putoavat pienet rautaviilat magnetisoituvat ja muodostavat toistensa kanssa vuorovaikutuksessa ketjuja, joiden järjestelyn avulla voidaan arvioida magneettikentän rakennetta.

Sovellusesimerkkinä spektrimenetelmä Harkitse koetta suoran johtimen magneettikentällä. Ohjataan pitkä suora johdin, joka on kytketty sähköpiiriin ohuen dielektrisen levyn läpi. Kaadamme lautaselle pieniä rautaviilaa kevyesti koputtamalla lautaselle. Sahanpuru kerääntyy johtimen ympärille halkaisijaltaan erilaisten samankeskisten ympyröiden muodossa (kuva 6.10). Toistamalla koetta muiden johtimien kanssa muilla virranvoimakkuuden arvoilla, saamme samanlaisia ​​​​kuvioita, joita kutsutaan magneettisiksi spektreiksi.

Spectra voidaan esittää paperilla nimellä magneettisen induktion linjat.

Suoralle johtimelle tällainen kuva on esitetty kuvassa. 6.11. Magneettisten spektrien kuvissa magneettisen induktion linjat näyttää magneettisen induktion suunnan kussakin pisteessä. Induktiolinjan jokaisessa pisteessä tangentti osuu yhteen magneettisen induktiovektorin kanssa.

Kutsutaan tangentteja, jotka kussakin pisteessä osoittavat magneettisen induktion suunnan magneettisen induktion linjat.

Tiheys magneettisen induktion linjat riippuu magneettisen induktion moduulista. Se on suurempi, jos moduuli on suurempi, ja päinvastoin. Suoran johtimen magneettisen induktion linjojen suunta määräytyy oikeanpuoleisen ruuvin säännön mukaan.

Magneettikenttien spektrit erimuotoisilla johtimilla on paljon yhteistä.

Eli virralla olevan renkaan magneettikentän spektri on samanlainen kuin suoran johtimen kaksi yhdistettyä spektriä (kuva 6.12). Vain induktiolinjojen tiheys renkaan keskellä on suurempi (kuva 6.13).

Suuren kierrosluvun (solenoidi) kelan magneettispektri on esitetty kuvassa. 6.14. Kuvasta näkyy, että viivat tällaisten kelojen magneettinen induktio on sisäisesti yhdensuuntainen ja niillä on sama tiheys. Tämä osoittaa, että pitkän kelan sisällä magneettikenttä on tasainen - magneettinen induktio on kaikissa kohdissa sama (kuva 6.15). Magneettisen induktion linjat eroavat vain kelan ulkopuolella, jossa magneettikenttä on epähomogeeninen.

Jos vertaamme johtimien magneettikenttien spektrejä erimuotoisiin virtoihin, voimme nähdä sen induktiolinjat ovat aina kiinni tai jatkossa ne voivat sulkeutua. Tämä osoittaa magneettisten varausten puuttumisen. Tällaista kenttää kutsutaan pyörre. Pyörrekenttä ei ole potentiaalia.materiaalia sivustolta

Tällä sivulla materiaalia aiheista:

• Magneettikenttien spektrit GDz Reshebnik

• Mitä fysikaalisia prosesseja tapahtuu magneettisen spektrin muodostumisen aikana

• Löytöjä magneettikenttien alalla

• Raportti aiheesta magneettikenttä ja sen graafinen esitys

• Esimerkkejä magneettikentän spektristä

Kysymyksiä tästä tuotteesta:

Oerstedin koe vuonna 1820. Mitä magneettineulan poikkeama osoittaa, kun sähköpiiri on kiinni? Virtaa kuljettavan johtimen ympärillä on magneettikenttä. Magneettinen neula reagoi siihen. Magneettikentän lähteet ovat liikkuvia sähkövarauksia tai virtoja.

Oerstedin koe vuonna 1820. Mitä se tosiasia, että magneettinen neula käynnistyi, osoittaa? Tämä tarkoittaa, että virran suunta johtimessa on muuttunut päinvastaiseksi.

Ampèren koe vuonna 1820. Miten selittää, että johtimet, joilla on virta, ovat vuorovaikutuksessa keskenään? Tiedämme, että magneettikenttä vaikuttaa virtaa kuljettavaan johtimeen. Siksi virtojen vuorovaikutuksen ilmiö voidaan selittää seuraavasti: ensimmäisessä johtimessa oleva sähkövirta synnyttää magneettikentän, joka vaikuttaa toiseen virtaan ja päinvastoin ...

Virran voimakkuuden yksikkö Jos 1 A virta kulkee kahden 1 m pituisen rinnakkaisen johtimen läpi, jotka sijaitsevat 1 m etäisyydellä toisistaan, niin ne ovat vuorovaikutuksessa voiman N kanssa.

Virran voimakkuuden yksikkö 2 A Mikä on virran voimakkuus johtimissa, jos ne ovat vuorovaikutuksessa voiman H kanssa?

Mikä on magneettikenttä ja mitkä ovat sen ominaisuudet? 1.MP on erityinen aineen muoto, joka on olemassa meistä ja sitä koskevista tiedoistamme riippumatta. 2. MP syntyy liikkuvien sähkövarausten avulla ja havaitaan liikkuvien sähkövarausten vaikutuksesta. 3. Etäisyys MF:n lähteestä heikkenee.

Magneettiviivojen ominaisuudet: 1. Magneettiset viivat ovat suljettuja käyriä. Mitä se sanoo? Jos otat palan magneetista ja murtat sen kahteen osaan, jokaisessa kappaleessa on jälleen "pohjoinen" ja "etelänapa". Jos jaat tuloksena olevan kappaleen uudelleen kahteen osaan, jokaisessa osassa on jälleen "pohjoinen" ja "etelä" napa. Riippumatta siitä, kuinka pieniä tuloksena olevat magneettipalat ovat, jokaisessa kappaleessa on aina "pohjoinen" ja "etelänapa". On mahdotonta saavuttaa magneettista monopolia ("mono" tarkoittaa yhtä, monopoli - yhtä napaa). Tämä on ainakin nykyajan näkökulma ilmiöön. Tämä viittaa siihen, että luonnossa ei ole magneettisia varauksia. Magneettinapoja ei voi erottaa toisistaan.

2. Voit havaita magneettikentän ... A) vaikuttamalla mihin tahansa johtimeen, B) vaikuttamalla johtimeen, jonka läpi virtaa sähkövirta, C) varautuneeseen tennispalloon ripustettuna ohueen venymättömään kierteeseen, D) liikkuvia sähkövarauksia. a) A ja B, b) A ja C, c) B ja C, d) B ja D.

7. Mitkä väitteet ovat totta? A. Luonnossa on sähkövarauksia. B. Luonnossa on magneettivarauksia. K. Luonnossa ei ole sähkövarauksia. D. Luonnossa ei ole magneettisia varauksia. a) A ja B, b) A ja C, c) A ja D, d) B, C ja D.

10. Kaksi 1 m pitkää rinnakkaista johdinta, jotka sijaitsevat 1 m etäisyydellä toisistaan ​​sähkövirran kulkiessa niiden läpi, vetäytyvät voimalla N. Tämä tarkoittaa, että johtimien läpi kulkee virrat ... a) vastakkaisiin suuntiin 1 A, b ) yksi suunta 1 A kumpikin, c) vastakkaiset suunnat 0,5 A kumpikin, d) yksi suunta 0,5 A kumpikin.

23. Magneettinen neula poikkeaa, jos se asetetaan lähelle ... A) lähelle elektronien virtausta, B) lähelle vetyatomien virtausta, C) lähelle negatiivisten ionien virtaa, D) lähelle positiivisten ionien virtausta, E) lähellä happiatomin ytimien virtausta. a) kaikki vastaukset ovat oikein b) A, B, C ja D, c) B, C, D, d) B, C, D, E

3. Kuvassa on poikkileikkaus johtimesta, jonka virta on pisteessä A, sähkövirta tulee kohtisuoraan kuvan tasoon nähden. Mikä pisteessä M esitetyistä suunnista vastaa virran magneettikentän induktion vektorin B suuntaa tässä pisteessä? a) 1, b) 2, c) 3, 4)

Ymmärretään yhdessä mikä magneettikenttä on. Loppujen lopuksi monet ihmiset elävät tällä alalla koko elämänsä eivätkä edes ajattele sitä. Aika korjata se!

Magneettikenttä

Magneettikenttä on erityinen asia. Se ilmenee vaikutuksena liikkuviin sähkövarauksiin ja kappaleisiin, joilla on oma magneettinen momenttinsa (kestomagneetit).

Tärkeää: magneettikenttä ei vaikuta kiinteisiin varauksiin! Magneettikenttä syntyy myös liikkuvien sähkövarausten tai ajassa muuttuvan sähkökentän tai atomien elektronien magneettisten momenttien vaikutuksesta. Eli mistä tahansa johdosta, jonka läpi virta kulkee, tulee myös magneetti!

Keho, jolla on oma magneettikenttä.

Magneetilla on navat, joita kutsutaan pohjoiseksi ja eteläksi. Nimitykset "pohjoinen" ja "etelä" on annettu vain mukavuussyistä (sähkössä "plussina" ja "miinusina".

Magneettikenttää edustaa voimamagneettiset viivat. Voimalinjat ovat jatkuvia ja suljettuja, ja niiden suunta on aina sama kuin kenttävoimien suunta. Jos metallilastuja levitetään kestomagneetin ympärille, metallihiukkaset näyttävät selkeän kuvan pohjoisesta nousevista magneettikentistä, jotka tulevat etelänavalle. Magneettikentän graafinen ominaisuus - voimalinjat.

Magneettikentän ominaisuudet

Magneettikentän tärkeimmät ominaisuudet ovat magneettinen induktio, magneettinen virtaus ja magneettinen permeabiliteetti. Mutta puhutaan kaikesta järjestyksessä.

Huomaamme välittömästi, että kaikki mittayksiköt on annettu järjestelmässä SI.

Magneettinen induktio B - vektorifyysinen suure, joka on magneettikentän tärkein tehoominaisuus. Merkitty kirjaimella B . Magneettisen induktion mittayksikkö - Tesla (Tl).

Magneettinen induktio ilmaisee kentän voimakkuuden määrittämällä voiman, jolla se vaikuttaa varaukseen. Tätä voimaa kutsutaan Lorentzin voima.

Tässä q -lataus, v - sen nopeus magneettikentässä, B - induktio, F on Lorentzin voima, jolla kenttä vaikuttaa varaukseen.

F- fysikaalinen määrä, joka on yhtä suuri kuin magneettisen induktion tulo ääriviivan alueen ja induktiovektorin välisen kosinin ja sen ääriviivan tason normaalin kanssa, jonka läpi virtaus kulkee. Magneettivuo on magneettikentän skalaariominaisuus.

Voidaan sanoa, että magneettivuo kuvaa yksikköpinta-alan läpäisevien magneettisten induktiolinjojen lukumäärää. Magneettivuo mitataan yksiköissä Weberach (WB).

Magneettinen läpäisevyys on kerroin, joka määrittää väliaineen magneettiset ominaisuudet. Yksi parametreista, joista kentän magneettinen induktio riippuu, on magneettinen permeabiliteetti.

Planeettamme on ollut valtava magneetti useita miljardeja vuosia. Maan magneettikentän induktio vaihtelee koordinaattien mukaan. Päiväntasaajalla se on noin 3,1 kertaa 10 Teslan miinus viidenteen potenssiin. Lisäksi esiintyy magneettisia poikkeavuuksia, joissa kentän arvo ja suunta poikkeavat merkittävästi lähialueista. Yksi planeetan suurimmista magneettisista poikkeavuuksista - Kursk ja Brasilian magneettinen anomalia.

Maan magneettikentän alkuperä on edelleen mysteeri tutkijoille. Oletetaan, että kentän lähde on Maan nestemäinen metalliydin. Ydin liikkuu, mikä tarkoittaa, että sula rauta-nikkeliseos liikkuu ja varautuneiden hiukkasten liike on sähkövirtaa, joka synnyttää magneettikentän. Ongelmana on, että tämä teoria geodynamo) ei selitä, kuinka kenttä pidetään vakaana.

Maa on valtava magneettinen dipoli. Magneettiset navat eivät täsmää maantieteellisten napojen kanssa, vaikka ne ovatkin lähellä. Lisäksi maan magneettiset navat liikkuvat. Heidän siirtymänsä on kirjattu vuodesta 1885 lähtien. Esimerkiksi viimeisen sadan vuoden aikana magneettinapa eteläisellä pallonpuoliskolla on siirtynyt lähes 900 kilometriä ja on nyt eteläisellä valtamerellä. Arktisen pallonpuoliskon napa liikkuu Jäämeren poikki kohti Itä-Siperian magneettista anomaliaa, jonka liikenopeus (2004 tietojen mukaan) oli noin 60 kilometriä vuodessa. Nyt on pylväiden liikkeen kiihtyvyys - keskimäärin nopeus kasvaa 3 kilometriä vuodessa.

Mikä on Maan magneettikentän merkitys meille? Ensinnäkin Maan magneettikenttä suojaa planeettaa kosmisilta säteiltä ja aurinkotuulelta. Varautuneet hiukkaset syvästä avaruudesta eivät putoa suoraan maahan, vaan jättimäinen magneetti taivuttelee ne ja liikkuu sen voimalinjoja pitkin. Siten kaikki elävät olennot on suojattu haitallisilta säteilyltä.

Maan historian aikana niitä on ollut useita käännöksiä magneettinapojen (muutoksia). Napojen inversio kun he vaihtavat paikkaa. Edellisen kerran tämä ilmiö esiintyi noin 800 tuhatta vuotta sitten, ja maapallon historiassa oli yli 400 geomagneettista käännettä. Jotkut tutkijat uskovat, että kun otetaan huomioon havaittu magneettinapojen liikkeen kiihtyvyys, seuraavan napojen käännöksen pitäisi olla odotetaan seuraavan parin tuhannen vuoden aikana.

Onneksi meidän vuosisadallamme ei ole odotettavissa napojen kääntymistä. Joten voit ajatella miellyttävää ja nauttia elämästä Maan vanhassa hyvässä vakiokentässä, ottaen huomioon magneettikentän tärkeimmät ominaisuudet ja ominaisuudet. Ja jotta voit tehdä tämän, on olemassa kirjoittajamme, joille voit uskoa osan koulutusongelmista luottavaisin mielin menestykseen! ja muita töitä voit tilata linkistä.

USE-kooderin aiheita: magneettien vuorovaikutus, johtimen magneettikenttä virran kanssa.

Aineen magneettiset ominaisuudet ovat olleet ihmisten tiedossa jo kauan. Magneetit ovat saaneet nimensä muinaisesta Magnesian kaupungista: sen läheisyydessä oli laajalle levinnyt mineraali (myöhemmin magneettinen rautamalmi tai magnetiitti), jonka palaset vetivät puoleensa rautaesineitä.

Magneettien vuorovaikutus

Jokaisen magneetin kahdella puolella sijaitsevat Pohjoisnapa ja etelänapa. Kaksi magneettia vetää toisiaan puoleensa vastakkaisilla navoilla ja hylkäävät samanlaiset navat. Magneetit voivat vaikuttaa toisiinsa jopa tyhjiön läpi! Kaikki tämä kuitenkin muistuttaa sähkövarausten vuorovaikutusta magneettien vuorovaikutus ei ole sähköistä. Tämän todistavat seuraavat kokeelliset tosiasiat.

Magneettivoima heikkenee, kun magneettia kuumennetaan. Pistevarausten vuorovaikutuksen voimakkuus ei riipu niiden lämpötilasta.

Magneettivoimaa heikentää ravistamalla magneettia. Mitään vastaavaa ei tapahdu sähköisesti varautuneiden kappaleiden kanssa.

Positiiviset sähkövaraukset voidaan erottaa negatiivisista (esimerkiksi kun kappaleet sähköistetään). Mutta on mahdotonta erottaa magneetin napoja: jos leikkaat magneetin kahteen osaan, myös navat ilmestyvät leikkauspisteeseen ja magneetti hajoaa kahdeksi magneetiksi, joiden päissä on vastakkaiset navat (suuntautunut täsmälleen samaan suuntaan) tavalla kuin alkuperäisen magneetin navat).

Magneetit siis aina bipolaarisia, ne ovat olemassa vain muodossa dipolit. Eristetyt magneettinapat (ns magneettiset monopolit- sähkövarauksen analogeja) luonnossa ei ole olemassa (joka tapauksessa niitä ei ole vielä kokeellisesti havaittu). Tämä on ehkä vaikuttavin epäsymmetria sähkön ja magnetismin välillä.

Kuten sähköisesti varatut kappaleet, magneetit vaikuttavat sähkövarauksiin. Magneetti vaikuttaa kuitenkin vain liikkuva maksu; Jos varaus on levossa suhteessa magneetiin, magneettinen voima ei vaikuta varaukseen. Päinvastoin, sähköistetty kappale vaikuttaa mihin tahansa varaukseen riippumatta siitä, onko se levossa vai liikkeessä.

Lyhyen kantaman toiminnan teorian nykyaikaisten käsitysten mukaan magneettien vuorovaikutus suoritetaan läpi magneettikenttä Magneetti nimittäin luo ympäröivään tilaan magneettikentän, joka vaikuttaa toiseen magneettiin ja saa aikaan näiden magneettien näkyvän vetovoiman tai hylkimisen.

Esimerkki magneetista on magneettinen neula kompassi. Magneettineulan avulla voidaan arvioida magneettikentän läsnäolo tietyllä avaruuden alueella sekä kentän suunta.

Maaplaneettamme on jättimäinen magneetti. Maan maantieteellisen pohjoisnavan lähellä on etelämagneettinen napa. Siksi kompassin neulan pohjoispää, joka kääntyy Maan eteläiseen magneettiseen napaan, osoittaa maantieteelliseen pohjoiseen. Tästä syystä itse asiassa syntyi magneetin nimi "pohjoinen napa".

Magneettikenttäviivat

Sähkökenttää, muistaakseni, tutkitaan pienten testivarausten avulla, joiden avulla voidaan arvioida kentän suuruus ja suunta. Testivarauksen analogi magneettikentän tapauksessa on pieni magneettineula.

Voit saada esimerkiksi geometrisen käsityksen magneettikentästä asettamalla hyvin pieniä kompassinneuloja avaruuden eri kohtiin. Kokemus osoittaa, että nuolet asettuvat tiettyihin linjoihin - ns magneettikenttäviivat. Määritelkäämme tämä käsite seuraavan kolmen kappaleen muodossa.

1. Magneettikentän viivat tai magneettiset voimalinjat ovat avaruudessa suunnattuja viivoja, joilla on seuraava ominaisuus: pieni kompassin neula, joka on sijoitettu tällaisen viivan jokaiseen pisteeseen, on suunnattu tangentiaalisesti tätä viivaa vastaan.

2. Magneettikenttäviivan suunta on kompassin neulojen pohjoisten päiden suunta, jotka sijaitsevat tämän viivan kohdissa.

3. Mitä paksummaksi viivat menevät, sitä vahvempi magneettikenttä tietyllä avaruuden alueella..

Kompassin neulojen rooli voidaan suorittaa onnistuneesti rautaviilat: magneettikentässä pienet viilat magnetisoituvat ja käyttäytyvät täsmälleen kuten magneettiset neulat.

Joten kaadettuamme rautaviilaa kestomagneetin ympärille, näemme suunnilleen seuraavan kuvan magneettikenttäviivoista (kuva 1).

Riisi. 1. Kestomagneettikenttä

Magneetin pohjoisnapa on merkitty sinisellä ja kirjaimella ; etelänapa punaisella ja kirjaimella. Huomaa, että kenttäviivat poistuvat magneetin pohjoisnapasta ja tulevat etelänapaan, koska kompassin neulan pohjoispää osoittaa magneetin etelänapaan.

Oerstedin kokemus

Huolimatta siitä, että sähköiset ja magneettiset ilmiöt ovat olleet ihmisten tiedossa antiikista lähtien, niiden välistä yhteyttä ei ole havaittu pitkään aikaan. Sähkön ja magnetismin tutkimus eteni useiden vuosisatojen ajan rinnakkain ja toisistaan ​​riippumatta.

Merkittävä tosiasia, että sähköiset ja magneettiset ilmiöt liittyvät toisiinsa, havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1820 kuuluisassa Oerstedin kokeessa.

Oerstedin kokeen kaavio on esitetty kuvassa. 2 (kuva osoitteesta rt.mipt.ru). Magneettisen neulan (ja - nuolen pohjois- ja etelänapojen) yläpuolella on metallijohdin, joka on kytketty virtalähteeseen. Jos suljet piirin, nuoli kääntyy kohtisuoraan johtimeen nähden!
Tämä yksinkertainen koe osoitti suoraan sähkön ja magnetismin välisen suhteen. Kokeet, jotka seurasivat Oerstedin kokemusta, vahvistivat seuraavan kaavan: magneettikenttä syntyy sähkövirroista ja vaikuttaa virtoihin.

Riisi. 2. Oerstedin kokeilu

Virralla olevan johtimen muodostaman magneettikentän linjojen kuva riippuu johtimen muodosta.

Suoran johdon magneettikenttä virralla

Virtaa kuljettavan suoran johdon magneettikenttäviivat ovat samankeskisiä ympyröitä. Näiden ympyröiden keskipisteet ovat langalla ja niiden tasot ovat kohtisuorassa lankaan nähden (kuva 3).

Riisi. 3. Suoran johdon kenttä virralla

Tasavirran magneettikenttälinjojen suunnan määrittämiseen on kaksi vaihtoehtoista sääntöä.

tuntikäsisääntö. Kenttäviivat kulkevat katsottuna vastapäivään niin, että virta kulkee meitä kohti..

ruuvi sääntö(tai gimlet-sääntö, tai korkkiruuvin sääntö- se on lähempänä jotakuta ;-)). Kenttäviivat menevät sinne, missä ruuvia (tavanomaisella oikeanpuoleisella kierteellä) on käännettävä liikkuakseen kierrettä pitkin virran suuntaan.

Käytä sitä sääntöä, joka sopii sinulle parhaiten. Myötäpäivään sääntöön on parempi tottua - näet itse myöhemmin, että se on yleismaailmallisempi ja helpompi käyttää (ja sitten muistaa se kiitollisuudella ensimmäisenä vuonna, kun opiskelet analyyttistä geometriaa).

Kuvassa 3, jotain uutta on myös ilmestynyt: tämä on vektori, jota kutsutaan magneettikentän induktio, tai magneettinen induktio. Magneettinen induktiovektori on analogi sähkökentän voimakkuusvektorille: se palvelee tehon ominaisuus magneettikenttä, joka määrittää voiman, jolla magneettikenttä vaikuttaa liikkuviin varauksiin.

Puhumme voimista magneettikentässä myöhemmin, mutta toistaiseksi huomioimme vain, että magneettikentän suuruuden ja suunnan määrää magneettinen induktiovektori. Jokaisessa avaruuden pisteessä vektori on suunnattu samaan suuntaan kuin tähän pisteeseen sijoitettu kompassin neulan pohjoispää eli kenttäviivan tangentti tämän viivan suunnassa. Magneettinen induktio mitataan yksiköissä teslach(Tl).

Kuten sähkökentän tapauksessa, magneettikentän induktiossa, superpositioperiaate. Se piilee siinä tosiasiassa Tietyssä kohdassa eri virtojen aiheuttamat magneettikenttien induktio lisätään vektorisesti ja saadaan tuloksena oleva magneettisen induktion vektori:.

Kelan magneettikenttä virralla

Tarkastellaan pyöreää kelaa, jonka läpi tasavirta kiertää. Emme näytä kuvassa lähdettä, joka luo virran.

Käännösmme kentän viivojen kuva on suunnilleen seuraavanlainen (kuva 4).

Riisi. 4. Kelan kenttä virralla

On tärkeää, että voimme määrittää, mihin puoliavaruuteen (suhteessa käämin tasoon) magneettikenttä on suunnattu. Meillä on jälleen kaksi vaihtoehtoista sääntöä.

tuntikäsisääntö. Kenttäviivat menevät sinne katsoen sieltä, mistä virta näyttää kiertävän vastapäivään.

ruuvi sääntö. Kenttäviivat menevät sinne, missä ruuvi (tavanomaisilla oikeanpuoleisilla kierteillä) liikkuisi, jos sitä kierretään virran suuntaan.

Kuten näette, virran ja kentän roolit ovat päinvastaisia ​​- verrattuna näiden sääntöjen muotoihin tasavirran tapauksessa.

Kelan magneettikenttä virralla

Kela se osoittautuu, jos tiukasti, kela kela, kela lanka riittävän pitkäksi spiraaliksi (kuva 5 - kuva sivustolta en.wikipedia.org). Kelassa voi olla useita kymmeniä, satoja tai jopa tuhansia kierroksia. Kelaa kutsutaan myös solenoidi.

Riisi. 5. Kela (solenoidi)

Yhden kierroksen magneettikenttä, kuten tiedämme, ei näytä kovin yksinkertaiselta. Kentät? yksittäiset kelan kierrokset asettuvat päällekkäin, ja näyttäisi siltä, ​​että tuloksen pitäisi olla hyvin hämmentävä kuva. Näin ei kuitenkaan ole: pitkän kelan kentällä on yllättävän yksinkertainen rakenne (kuva 6).

Riisi. 6. kela kenttä virralla

Tässä kuvassa kelan virta kulkee vastapäivään vasemmalta katsottuna (tämä tapahtuu, jos kuvassa 5 kelan oikea pää on kytketty virtalähteen "plussaan" ja vasen pää "miinus"). Näemme, että kelan magneettikentällä on kaksi ominaista ominaisuutta.

1. Magneettikenttä on kelan sisällä, kaukana sen reunoista homogeeninen: jokaisessa pisteessä magneettinen induktiovektori on sama suuruus ja suunta. Kenttäviivat ovat yhdensuuntaisia ​​suoria viivoja; ne taipuvat vain lähelle kelan reunoja, kun ne sammuvat.

2. Kelan ulkopuolella kenttä on lähellä nollaa. Mitä enemmän kierroksia kelassa on, sitä heikompi kenttä sen ulkopuolella.

Huomaa, että äärettömän pitkä kela ei lähetä kenttää ollenkaan: kelan ulkopuolella ei ole magneettikenttää. Tällaisen kelan sisällä kenttä on tasainen kaikkialla.

Eikö se muistuta sinua mistään? Kela on kondensaattorin "magneettinen" vastine. Muistathan, että kondensaattori luo tasaisen sähkökentän sisällään, jonka linjat ovat kaarevia vain levyjen reunojen lähellä ja kondensaattorin ulkopuolella kenttä on lähellä nollaa; äärettömillä levyillä varustettu kondensaattori ei vapauta kenttää ollenkaan ja kenttä on tasainen kaikkialla sen sisällä.

Ja nyt - tärkein havainto. Vertaa kuvaa kelan ulkopuolella olevista magneettikentistä (kuva 6) magneetin kenttälinjoista kuvassa 1. yksi . Se on sama asia, eikö? Ja nyt tulemme kysymykseen, joka sinulla oli luultavasti kauan sitten: jos magneettikenttä syntyy virroista ja vaikuttaa virtoihin, niin mikä on syy magneettikentän esiintymiseen kestomagneetin lähellä? Loppujen lopuksi tämä magneetti ei näytä olevan virtajohdin!

Ampèren hypoteesi. Elementaariset virrat

Aluksi ajateltiin, että magneettien vuorovaikutus johtuu napoihin keskittyneistä erityisistä magneettisista varauksista. Mutta toisin kuin sähkö, kukaan ei voinut eristää magneettista varausta; loppujen lopuksi, kuten jo sanoimme, ei ollut mahdollista saada erikseen magneetin pohjois- ja etelänapa - navat ovat aina mukana magneetissa pareittain.

Epäilyjä magneettisista varauksista pahensi Oerstedin kokemus, kun kävi ilmi, että magneettikenttä syntyy sähkövirrasta. Lisäksi kävi ilmi, että mille tahansa magneetille on mahdollista valita johdin, jonka virta on sopiva, niin että tämän johtimen kenttä osuu yhteen magneetin kentän kanssa.

Ampere esitti rohkean hypoteesin. Magneettisia varauksia ei ole. Magneetin toiminta selittyy sen sisällä olevilla suljetuilla sähkövirroilla..

Mitä nämä virrat ovat? Nämä alkeisvirrat kiertää atomien ja molekyylien sisällä; ne liittyvät elektronien liikkumiseen atomikiertoradalla. Minkä tahansa kappaleen magneettikenttä koostuu näiden alkuainevirtojen magneettikentistä.

Alkuvirrat voivat sijaita satunnaisesti suhteessa toisiinsa. Sitten niiden kentät kumoavat toisensa, eikä keho osoita magneettisia ominaisuuksia.

Mutta jos alkeisvirrat ovat koordinoituja, niin niiden kentät, jotka lasketaan yhteen, vahvistavat toisiaan. Kehosta tulee magneetti (kuva 7; magneettikenttä suunnataan meitä kohti; myös magneetin pohjoisnapa suuntautuu meitä kohti).

Riisi. 7. Elementaariset magneettivirrat

Amperen hypoteesi alkuainevirroista selvensi magneettien ominaisuuksia: magneetin kuumentaminen ja ravistaminen tuhoaa sen alkuainevirtojen järjestyksen ja magneettiset ominaisuudet heikkenevät. Magneettinapojen erottamattomuus tuli ilmeiseksi: kohdassa, jossa magneetti leikattiin, saamme samat alkeisvirrat päissä. Kappaleen kyky magnetisoitua magneettikentässä selittyy oikein "kääntävien" alkeisvirtojen koordinoidulla kohdistuksella (lue ympyrävirran pyörimisestä magneettikentässä seuraavalta sivulta).

Amperen hypoteesi osoittautui oikeaksi - tämän osoitti fysiikan jatkokehitys. Alkuainevirtojen käsitteestä on tullut olennainen osa atomiteoriaa, joka kehitettiin jo 1900-luvulla - lähes sata vuotta Ampèren loistavien oletusten jälkeen.