Anda dapat menunjukkan cara menggunakan hukum Ampere dengan menentukan medan magnet di dekat kawat. Kami mengajukan pertanyaan: apa medan di luar kawat lurus panjang penampang silinder? Kami akan membuat satu asumsi, mungkin tidak begitu jelas, tetapi tetap benar: garis-garis medan mengelilingi kawat dalam lingkaran. Jika kita membuat asumsi ini, maka hukum Ampère [persamaan (13.16)] memberi tahu kita berapa besar medannya. Karena masalah simetri, medan memiliki nilai yang sama di semua titik lingkaran yang konsentris dengan kawat (Gbr. 13.7). Maka kita dapat dengan mudah mengambil integral garis dari . Ini hanya sama dengan nilai dikalikan dengan keliling. Jika jari-jari lingkaran adalah , maka

.

Arus total yang melalui loop hanyalah arus dalam kabel, jadi

. (13.17)

Kuat medan magnet menurun berbanding terbalik dengan jarak dari sumbu kawat. Jika diinginkan, persamaan (13.17) dapat ditulis dalam bentuk vektor. Mengingat bahwa arah tegak lurus terhadap keduanya , Dan , Kami memiliki

(13.18)

Gambar 13.7. Medan magnet di luar kawat pembawa arus yang panjang.

Gambar 13.8. Medan magnet solenoida panjang.

Kami menyoroti pengganda karena sering muncul. Perlu diingat bahwa itu sama dengan tepat (dalam sistem satuan SI), karena persamaan bentuk (13.17) digunakan untuk menentukan satuan arus, ampere. Pada suatu jarak, arus masuk menciptakan medan magnet sebesar .

Karena arus menciptakan medan magnet, ia akan bertindak dengan beberapa gaya pada kawat yang berdekatan, yang juga dilalui arus. Dalam bab. 1 kami menggambarkan eksperimen sederhana yang menunjukkan gaya antara dua kabel yang dialiri arus. Jika kabel sejajar, maka masing-masing tegak lurus terhadap bidang kabel lainnya; maka kawat-kawat tersebut akan saling tolak menolak atau tertarik. Ketika arus mengalir dalam satu arah, kabel menarik; ketika arus mengalir ke arah yang berlawanan, mereka menolak.

Mari kita ambil contoh lain, yang juga dapat dianalisis menggunakan hukum Ampère, jika kita menambahkan beberapa informasi tentang sifat medan. Biarkan ada kawat panjang yang digulung menjadi spiral yang rapat, bagiannya ditunjukkan pada Gambar. 13.8. Kumparan seperti itu disebut solenoida. Kami mengamati secara eksperimental bahwa ketika panjang solenoida sangat besar dibandingkan dengan diameternya, medan di luarnya sangat kecil dibandingkan dengan medan di dalamnya. Hanya dengan menggunakan fakta ini dan hukum Ampere, orang dapat menemukan besar medan di dalamnya.

Karena medan tetap berada di dalam (dan tidak memiliki divergensi nol), garis-garisnya harus sejajar dengan sumbu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 13.8. Jika demikian, maka kita dapat menggunakan hukum Ampere untuk "kurva" persegi panjang pada gambar. Kurva ini menempuh jarak di dalam solenoida di mana medan berada, katakanlah, , kemudian tegak lurus terhadap medan, dan kembali ke daerah luar di mana medan dapat diabaikan. Integral garis sepanjang kurva ini adalah tepat , dan ini harus sama dengan kali total arus di dalam , yaitu on (di mana adalah jumlah lilitan solenoida sepanjang). Kita punya

Atau, dengan memasukkan - jumlah lilitan per satuan panjang solenoida (jadi ), kita dapatkan

Gambar 13.9. Medan magnet di luar solenoida.

Apa yang terjadi pada garis ketika mereka mencapai ujung solenoida? Rupanya, mereka entah bagaimana menyimpang dan kembali ke solenoida dari ujung yang lain (Gbr. 13.9). Bidang yang persis sama diamati di luar tongkat magnet. Nah, apa itu magnet? Persamaan kami mengatakan bahwa medan muncul dari adanya arus. Dan kita tahu bahwa batangan besi biasa (bukan baterai atau generator) juga menciptakan medan magnet. Anda mungkin berharap bahwa di sisi kanan (13.12) atau (13.13) akan ada istilah lain yang mewakili "kerapatan besi magnet" atau jumlah serupa. Tapi tidak ada anggota seperti itu. Teori kami mengatakan bahwa efek magnetik besi muncul dari beberapa jenis arus internal yang telah diperhitungkan dengan istilah .

Materi sangat kompleks jika dilihat dari sudut pandang yang dalam; kita telah melihat ini ketika kita mencoba memahami dielektrik. Agar tidak mengganggu presentasi kami, kami menunda diskusi terperinci tentang mekanisme internal bahan magnetik seperti besi. Untuk saat ini, perlu untuk menerima bahwa setiap magnet muncul karena arus dan ada arus internal yang konstan dalam magnet permanen. Dalam kasus besi, arus ini diciptakan oleh elektron yang berputar di sekitar sumbunya sendiri. Setiap elektron memiliki putaran yang sesuai dengan arus sirkulasi kecil. Satu elektron, tentu saja, tidak memberikan medan magnet yang besar, tetapi sepotong materi biasa mengandung miliaran dan miliaran elektron. Biasanya mereka berputar dengan cara apa pun, sehingga efek totalnya hilang. Mengejutkan bahwa dalam beberapa zat seperti besi, sebagian besar elektron berputar di sekitar sumbu yang diarahkan ke satu arah - dalam besi, dua elektron dari setiap atom mengambil bagian dalam gerakan gabungan ini. Sebuah magnet memiliki sejumlah besar elektron yang berputar ke arah yang sama, dan seperti yang akan kita lihat, efek gabungannya setara dengan arus yang beredar di permukaan magnet. (Ini sangat mirip dengan apa yang kami temukan dalam dielektrik - dielektrik terpolarisasi seragam setara dengan distribusi muatan pada permukaannya.) Jadi bukan kebetulan bahwa tongkat magnet setara dengan solenoida.

Jika jarum magnet dibawa ke konduktor lurus dengan arus, maka akan cenderung menjadi tegak lurus terhadap bidang yang melewati sumbu konduktor dan pusat rotasi panah (Gbr. 67). Ini menunjukkan bahwa pasukan khusus bekerja pada jarum, yang disebut magnet. Dengan kata lain, jika arus listrik mengalir melalui suatu penghantar, maka akan timbul medan magnet di sekitar penghantar tersebut. Medan magnet dapat dianggap sebagai keadaan khusus ruang yang mengelilingi konduktor dengan arus.

Jika Anda melewati konduktor tebal melalui kartu dan melewatkan arus listrik melaluinya, maka serbuk baja yang ditaburkan pada karton akan ditempatkan di sekitar konduktor dalam lingkaran konsentris, yang dalam hal ini disebut garis magnet (Gbr. 68). Kita dapat memindahkan karton ke atas atau ke bawah konduktor, tetapi lokasi pengarsipan baja tidak akan berubah. Oleh karena itu, medan magnet muncul di sekitar konduktor sepanjang panjangnya.

Jika Anda meletakkan panah magnetik kecil di atas karton, maka dengan mengubah arah arus dalam konduktor, Anda dapat melihat bahwa panah magnetik akan berputar (Gbr. 69). Hal ini menunjukkan bahwa arah garis magnet berubah dengan arah arus dalam penghantar.

Medan magnet di sekitar penghantar berarus memiliki ciri-ciri sebagai berikut: garis-garis magnet penghantar bujursangkar berbentuk lingkaran-lingkaran konsentris; semakin dekat ke konduktor, semakin padat garis magnet, semakin besar induksi magnetik; induksi magnetik (intensitas medan) tergantung pada besarnya arus dalam konduktor; arah garis magnet tergantung pada arah arus dalam konduktor.

Untuk menunjukkan arah arus dalam konduktor yang ditunjukkan pada bagian ini, sebuah simbol diadopsi, yang akan kita gunakan di masa depan. Jika kita secara mental menempatkan panah di konduktor ke arah arus (Gbr. 70), maka di konduktor, arus yang diarahkan menjauh dari kita, kita akan melihat ekor bulu panah (silang); jika arus diarahkan ke kita, kita akan melihat ujung panah (titik).

Arah garis magnet di sekitar konduktor dengan arus dapat ditentukan oleh "aturan gimlet". Jika gimlet (corkscrew) dengan ulir kanan bergerak maju ke arah arus, maka arah rotasi pegangan akan bertepatan dengan arah garis magnet di sekitar konduktor (Gbr. 71).

Beras. 71. Menentukan arah garis magnet di sekitar konduktor dengan arus sesuai dengan "aturan gimlet"

Jarum magnet yang dimasukkan ke dalam bidang konduktor pembawa arus terletak di sepanjang garis magnet. Karena itu, untuk menentukan lokasinya, Anda juga dapat menggunakan "Aturan Gimlet" (Gbr. 72).

Beras. 72. Menentukan arah deviasi jarum magnet yang dibawa ke konduktor dengan arus, sesuai dengan "aturan gimlet"

Medan magnet adalah salah satu manifestasi terpenting dari arus listrik dan tidak dapat diperoleh secara independen dan terpisah dari arus.

Pada magnet permanen, medan magnet juga disebabkan oleh pergerakan elektron yang membentuk atom dan molekul magnet.

Intensitas medan magnet pada setiap titiknya ditentukan oleh besarnya induksi magnet, yang biasanya dilambangkan dengan huruf B. Induksi magnet adalah besaran vektor, yaitu dicirikan tidak hanya oleh nilai tertentu, tetapi juga dengan arah tertentu pada setiap titik medan magnet. Arah vektor induksi magnetik bertepatan dengan garis singgung garis magnet pada titik tertentu di lapangan (Gbr. 73).

Sebagai hasil dari generalisasi data eksperimen, ilmuwan Prancis Biot dan Savard menemukan bahwa induksi magnetik B (intensitas medan magnet) pada jarak r dari konduktor pembawa arus bujursangkar yang panjangnya tak terhingga ditentukan oleh ekspresi

di mana r adalah jari-jari lingkaran yang ditarik melalui titik medan yang dipertimbangkan; pusat lingkaran berada pada sumbu konduktor (2πr - keliling);

I adalah jumlah arus yang mengalir melalui konduktor.

Nilai a, yang mencirikan sifat magnetik medium, disebut permeabilitas magnetik absolut medium.

Untuk kekosongan, permeabilitas magnetik absolut memiliki nilai minimum dan biasanya disebut 0 dan menyebutnya sebagai permeabilitas magnetik absolut dari kekosongan.

1 jam = 1 ohm⋅s.

Rasio a / 0 , menunjukkan berapa kali permeabilitas magnetik absolut dari media yang diberikan lebih besar dari permeabilitas magnetik absolut dari kekosongan, disebut permeabilitas magnetik relatif dan dilambangkan dengan huruf .

Dalam Sistem Satuan Internasional (SI), satuan pengukuran induksi magnetik B diterima - tesla atau weber per meter persegi (t, wb / m 2).

Dalam praktek teknik, induksi magnetik biasanya diukur dalam gauss (gauss): 1 t = 10 4 gauss.

Jika di semua titik medan magnet vektor-vektor induksi magnet sama besarnya dan sejajar satu sama lain, maka medan semacam itu disebut homogen.

Produk dari induksi magnet B dan ukuran luas S, tegak lurus terhadap arah medan (vektor induksi magnetik), disebut fluks vektor induksi magnetik, atau fluks magnet sederhana, dan dilambangkan dengan huruf ( Gambar 74):

Dalam Sistem Internasional, satuan ukuran untuk fluks magnet adalah weber (wb).

Dalam perhitungan teknik, fluks magnet diukur dalam maxwells (s):

1 wb \u003d 10 8 s.

Saat menghitung medan magnet, besaran yang disebut kekuatan medan magnet (dilambangkan H) juga digunakan. Induksi magnet B dan kuat medan magnet H dihubungkan oleh hubungan

Satuan ukuran kuat medan magnet H adalah ampere per meter (a/m).

Kekuatan medan magnet dalam media homogen, serta induksi magnet, tergantung pada besarnya arus, jumlah dan bentuk konduktor yang dilalui arus. Tetapi tidak seperti induksi magnet, kekuatan medan magnet tidak memperhitungkan pengaruh sifat magnetik medium.

Jika jarum magnet dibawa ke penghantar lurus yang berarus listrik, maka akan cenderung tegak lurus terhadap bidang yang melalui sumbu penghantar dan pusat putaran anak panah. Ini menunjukkan bahwa gaya khusus bekerja pada jarum, yang disebut gaya magnet. Selain bekerja pada jarum magnet, medan magnet mempengaruhi partikel bermuatan yang bergerak dan konduktor pembawa arus yang berada dalam medan magnet. Dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet, atau dalam konduktor stasioner dalam medan magnet bolak-balik, sebuah induktif e. d.s.

Sesuai dengan uraian di atas, berikut ini dapat kita berikan definisi medan magnet.

Medan magnet adalah salah satu dari dua sisi medan elektromagnetik, yang tereksitasi oleh muatan listrik partikel yang bergerak dan perubahan medan listrik dan dicirikan oleh efek gaya pada partikel bermuatan yang bergerak, dan oleh karena itu pada arus listrik.

Jika sebuah konduktor tebal dilewatkan melalui karton dan arus listrik melewatinya, maka serbuk baja yang ditaburkan pada karton akan ditempatkan di sekitar konduktor dalam lingkaran konsentris, yang dalam hal ini disebut garis induksi magnetik (Gbr. .78). Kita dapat memindahkan karton ke atas atau ke bawah konduktor, tetapi lokasi pengarsipan baja tidak akan berubah. Oleh karena itu, medan magnet muncul di sekitar konduktor sepanjang panjangnya.

Jika Anda meletakkan panah magnetik kecil di atas karton, maka dengan mengubah arah arus dalam konduktor, Anda dapat melihat bahwa panah magnetik akan berputar (Gbr. 79). Hal ini menunjukkan bahwa arah garis induksi magnet berubah dengan arah arus dalam penghantar.

Garis-garis induksi magnet di sekitar suatu penghantar berarus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1) Garis-garis induksi magnet pada penghantar bujursangkar berbentuk lingkaran-lingkaran konsentris; 2) semakin dekat ke konduktor, semakin padat garis induksi magnetik; 3) induksi magnet (intensitas medan) tergantung pada besarnya arus dalam konduktor; 4) arah garis induksi magnetik tergantung pada arah arus dalam konduktor.

Arah garis induksi magnetik di sekitar konduktor dengan arus dapat ditentukan oleh "aturan gimlet:". Jika gimlet (corkscrew) dengan ulir kanan bergerak maju ke arah arus, maka arah putaran pegangan akan bertepatan dengan arah garis induksi magnetik di sekitar konduktor (Gbr. 81),

Jarum magnet yang dimasukkan ke dalam bidang konduktor pembawa arus terletak di sepanjang garis induksi magnetik. Karena itu, untuk menentukan lokasinya, Anda juga dapat menggunakan "aturan gimlet" (Gbr. 82). Medan magnet adalah salah satu manifestasi terpenting dari arus listrik dan tidak dapat

Diperoleh secara mandiri dan terpisah dari arus. Medan magnet dicirikan oleh vektor induksi magnet, yang, oleh karena itu, memiliki besaran dan arah tertentu di ruang angkasa.

Ekspresi kuantitatif untuk induksi magnetik sebagai hasil dari generalisasi data eksperimen ditetapkan oleh Biot dan Savart (Gbr. 83). Dengan mengukur medan magnet arus listrik dari berbagai ukuran dan bentuk dengan penyimpangan jarum magnet, kedua ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa setiap elemen arus menciptakan medan magnet pada jarak tertentu dari dirinya sendiri, induksi magnet yang AB berbanding lurus. dengan panjang A1 elemen ini, besarnya arus yang mengalir I, sinus sudut a antara arah arus dan vektor radius yang menghubungkan titik medan yang kita minati dengan elemen arus tertentu, dan berbanding terbalik dengan kuadrat dari panjang radius vektor r ini:

henry (h) - unit induktansi; 1 jam = 1 ohm detik.

- permeabilitas magnetik relatif - koefisien tak berdimensi yang menunjukkan berapa kali permeabilitas magnetik bahan tertentu lebih besar daripada permeabilitas magnetik rongga. Dimensi induksi magnetik dapat ditemukan dengan rumus

volt-detik sebaliknya disebut weber (vb):

Dalam praktiknya, ada satuan induksi magnet yang lebih kecil, gauss (gs):

Hukum Biot dan Savart memungkinkan Anda menghitung induksi magnetik dari konduktor lurus yang panjangnya tak terhingga:

di mana jarak dari konduktor ke titik di mana

Induksi magnetik. Rasio induksi magnetik dengan produk permeabilitas magnetik disebut kekuatan medan magnet dan dilambangkan dengan huruf H:

Persamaan terakhir menghubungkan dua besaran magnet: induksi dan kuat medan magnet. Mari kita cari dimensi H:

Terkadang mereka menggunakan satuan tegangan lain - sebuah oersted (er):

1 er = 79,6 a/m = 0,796 a/cm.

Kuat medan magnet H, seperti induksi magnet B, adalah besaran vektor.

Garis singgung setiap titik yang berimpit dengan arah vektor induksi magnet disebut garis induksi magnetik atau garis induksi magnetik.

Hasil kali induksi magnet dengan luas daerah yang tegak lurus arah medan (vektor induksi magnet) disebut fluks vektor induksi magnet atau fluks magnet sederhana dan dilambangkan dengan huruf F:

Dimensi fluks magnet:

yaitu fluks magnet diukur dalam volt-detik atau weber. Satuan fluks magnet yang lebih kecil adalah maxwell (µs):

1 wb = 108 mikrodetik. 1 s = 1 gs cm2.

Anda dapat menunjukkan cara menggunakan hukum Ampere dengan menentukan medan magnet di dekat kawat. Kami mengajukan pertanyaan: apa medan di luar kawat lurus panjang penampang silinder? Kami akan membuat satu asumsi, mungkin tidak begitu jelas, tetapi tetap benar: garis-garis medan B mengelilingi kawat dalam lingkaran. Jika kita membuat asumsi ini, maka hukum Ampère [persamaan (13.16)] memberi tahu kita berapa besar medannya. Karena masalah simetri, medan B memiliki nilai yang sama di semua titik lingkaran yang konsentris dengan kawat (Gbr. 13.7). Maka kita dapat dengan mudah mengambil integral garis dari B·ds. Ini hanya B kali keliling. Jika jari-jari lingkaran adalah r, kemudian

Arus total yang melalui loop hanyalah arus / dalam kabel, jadi

Kuat medan magnet menurun berbanding terbalik r, jarak dari sumbu kawat. Jika diinginkan, persamaan (13.17) dapat ditulis dalam bentuk vektor. Mengingat bahwa B diarahkan tegak lurus terhadap I dan r, kita memiliki

Kami telah memilih faktor 1/4πε 0 dengan 2 karena sering muncul. Perlu diingat bahwa ini tepat 10 - 7 (dalam satuan SI), karena persamaan seperti (13.17) digunakan untuk definisi satuan arus, ampere. Pada jarak 1 m arus 1 a menciptakan medan magnet sebesar 2 10 - 7 weber/m 2 .

Karena arus menciptakan medan magnet, ia akan bertindak dengan beberapa gaya pada kawat yang berdekatan, yang juga dilalui arus. Dalam bab. 1 kami menggambarkan eksperimen sederhana yang menunjukkan gaya antara dua kabel yang dialiri arus. Jika kawat-kawat itu sejajar, maka masing-masingnya tegak lurus terhadap medan B dari kawat lainnya; maka kawat-kawat tersebut akan saling tolak menolak atau tertarik. Ketika arus mengalir dalam satu arah, kabel menarik; ketika arus mengalir ke arah yang berlawanan, mereka menolak.

Mari kita ambil contoh lain, yang juga dapat dianalisis menggunakan hukum Ampère, jika kita menambahkan beberapa informasi tentang sifat medan. Biarkan ada kawat panjang yang digulung menjadi spiral yang rapat, bagiannya ditunjukkan pada Gambar. 13.8. Spiral ini disebut solenoida. Kami mengamati secara eksperimental bahwa ketika panjang solenoida sangat besar dibandingkan dengan diameternya, medan di luarnya sangat kecil dibandingkan dengan medan di dalamnya. Hanya dengan menggunakan fakta ini dan hukum Ampere, orang dapat menemukan besar medan di dalamnya.

Sejak lapangan tetap di dalam (dan tidak memiliki divergensi nol), garisnya harus sejajar dengan sumbu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 13.8. Jika demikian halnya, maka kita dapat menggunakan hukum Ampre untuk "kurva" persegi panjang pada gambar. Kurva ini menempuh jarak L di dalam solenoida, di mana medannya, katakanlah, sama dengan B o, kemudian tegak lurus terhadap medan dan kembali sepanjang daerah luar, di mana medan dapat diabaikan. Integral garis B sepanjang kurva ini adalah tepat Pada 0 L, dan ini harus sama dengan 1/ε 0 s 2 dikalikan dengan arus total di dalam G, yaitu dengan N.I.(dimana N adalah jumlah lilitan solenoida sepanjang L). Kita punya

Atau, dengan memasukkan n- jumlah putaran per satuan panjang solenoida (jadi n= T/L), kita mendapatkan

Apa yang terjadi pada garis B ketika mereka mencapai ujung solenoida? Rupanya, mereka entah bagaimana menyimpang dan kembali ke solenoida dari ujung yang lain (Gbr. 13.9). Bidang yang persis sama diamati di luar tongkat magnet. baik dan apa yang magnet? Persamaan kami mengatakan bahwa medan B muncul dari adanya arus. Dan kita tahu bahwa batangan besi biasa (bukan baterai atau generator) juga menciptakan medan magnet. Anda mungkin berharap bahwa di sisi kanan (13.12) atau (16.13) akan ada istilah lain yang mewakili "kerapatan besi magnet" atau jumlah serupa. Tapi tidak ada anggota seperti itu. Teori kami mengatakan bahwa efek magnetik besi timbul dari beberapa arus internal yang telah diperhitungkan dengan istilah j.

Materi sangat kompleks jika dilihat dari sudut pandang yang dalam; kita telah melihat ini ketika kita mencoba memahami dielektrik. Agar tidak mengganggu presentasi kami, kami menunda diskusi terperinci tentang mekanisme internal bahan magnetik seperti besi. Untuk saat ini, perlu untuk menerima bahwa setiap magnet muncul karena arus dan ada arus internal yang konstan dalam magnet permanen. Dalam kasus besi, arus ini diciptakan oleh elektron yang berputar di sekitar sumbunya sendiri. Setiap elektron memiliki putaran yang sesuai dengan arus sirkulasi kecil. Satu elektron, tentu saja, tidak memberikan medan magnet yang besar, tetapi sepotong materi biasa mengandung miliaran dan miliaran elektron. Biasanya mereka berputar dengan cara apa pun, sehingga efek totalnya hilang. Mengejutkan bahwa dalam beberapa zat seperti besi, sebagian besar elektron berputar di sekitar sumbu yang diarahkan ke satu arah - dalam besi, dua elektron dari setiap atom mengambil bagian dalam gerakan gabungan ini. Sebuah magnet memiliki sejumlah besar elektron yang berputar ke arah yang sama, dan seperti yang akan kita lihat, efek gabungannya setara dengan arus yang beredar di permukaan magnet. (Ini sangat mirip dengan apa yang kami temukan dalam dielektrik—dielektrik terpolarisasi seragam setara dengan distribusi muatan pada permukaannya.) Oleh karena itu, bukanlah kebetulan bahwa tongkat magnet setara dengan solenoida.

Medan magnet arus listrik

Medan magnet dibuat tidak hanya oleh yang alami atau buatan, tetapi juga oleh konduktor jika arus listrik melewatinya. Oleh karena itu, ada hubungan antara fenomena magnet dan listrik.

Tidak sulit untuk memastikan bahwa medan magnet terbentuk di sekitar konduktor yang dilalui arus. Di atas jarum magnet yang dapat digerakkan, letakkan konduktor lurus sejajar dengannya dan berikan arus listrik melaluinya. Panah akan mengambil posisi tegak lurus terhadap konduktor.

Kekuatan apa yang bisa membuat jarum magnet berputar? Jelas, kekuatan medan magnet yang muncul di sekitar konduktor. Matikan arus, dan jarum magnet akan kembali ke posisi normal. Ini menunjukkan bahwa dengan arus dimatikan, medan magnet konduktor juga menghilang.

Dengan demikian, arus listrik yang melewati konduktor menciptakan medan magnet. Untuk mengetahui ke arah mana jarum magnet akan menyimpang, terapkan aturan tangan kanan. Jika tangan kanan diletakkan di atas penghantar dengan telapak tangan menghadap ke bawah sehingga arah arus searah dengan arah jari-jari tangan, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah deviasi kutub utara jarum magnet yang diletakkan di bawah penghantar. . Dengan menggunakan aturan ini dan mengetahui polaritas panah, Anda juga dapat menentukan arah arus dalam konduktor.

Medan magnet penghantar lurus memiliki bentuk lingkaran konsentris. Jika Anda meletakkan tangan kanan Anda di atas konduktor dengan telapak tangan menghadap ke bawah sehingga arus seolah-olah keluar dari jari-jari Anda, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjuk ke kutub utara jarum magnet.Medan seperti ini disebut medan magnet melingkar.

Arah garis-garis gaya medan melingkar bergantung pada konduktor dan ditentukan oleh apa yang disebut Aturan "Gimlet". Jika gimlet secara mental disekrup ke arah arus, maka arah rotasi pegangannya akan bertepatan dengan arah garis gaya medan magnet. Dengan menerapkan aturan ini, Anda dapat mengetahui arah arus dalam penghantar, jika Anda mengetahui arah garis medan medan yang dibuat oleh arus ini.

Kembali ke percobaan dengan jarum magnet, kita dapat memastikan bahwa jarum itu selalu terletak dengan ujung utara ke arah garis medan magnet.

Jadi, Sebuah konduktor lurus yang membawa arus listrik menciptakan medan magnet di sekitarnya. Ini memiliki bentuk lingkaran konsentris dan disebut medan magnet melingkar.

acar e. Medan magnet solenoida

Medan magnet muncul di sekitar konduktor apa pun, terlepas dari bentuknya, asalkan arus listrik melewati konduktor.

Dalam teknik listrik, kita berhadapan dengan, terdiri dari sejumlah belokan. Untuk mempelajari medan magnet dari kumparan yang menarik bagi kita, pertama-tama kita pertimbangkan apa bentuk medan magnet dari satu putaran.

Bayangkan sebuah gulungan kawat tebal menembus selembar karton dan terhubung ke sumber arus. Ketika arus listrik melewati sebuah kumparan, medan magnet melingkar terbentuk di sekitar setiap bagian dari kumparan. Menurut aturan "gimlet", mudah untuk menentukan bahwa garis gaya magnet di dalam kumparan memiliki arah yang sama (menuju atau menjauh dari kita, tergantung pada arah arus dalam kumparan), dan mereka keluar dari satu sisi kumparan dan masuk ke sisi yang lain. Serangkaian kumparan semacam itu, yang berbentuk spiral, disebut solenoida (kumparan).

Di sekitar solenoida, ketika arus melewatinya, medan magnet terbentuk. Itu diperoleh dengan menambahkan medan magnet masing-masing kumparan dan menyerupai medan magnet magnet bujursangkar. Garis-garis gaya medan magnet solenoida, serta dalam magnet bujursangkar, keluar dari satu ujung solenoida dan kembali ke ujung lainnya. Di dalam solenoida, mereka memiliki arah yang sama. Dengan demikian, ujung-ujung solenoida memiliki polaritas. Ujung dari mana garis gaya keluar adalah kutub Utara solenoida, dan ujung tempat masuknya garis-garis gaya adalah kutub selatannya.

Kutub solenoida dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, tetapi untuk ini Anda perlu mengetahui arah arus pada putarannya. Jika Anda meletakkan tangan kanan di atas solenoida dengan telapak menghadap ke bawah, sehingga arus seolah-olah keluar dari jari-jari, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjuk ke kutub utara solenoida.. Dari aturan ini dapat disimpulkan bahwa polaritas solenoida tergantung pada arah arus di dalamnya. Sangat mudah untuk memverifikasi ini dalam praktik dengan membawa jarum magnet ke salah satu kutub solenoida dan kemudian mengubah arah arus dalam solenoida. Panah akan langsung berubah 180 °, yaitu, ini akan menunjukkan bahwa kutub solenoida telah berubah.

Solenoid memiliki sifat menarik benda-benda besi ringan ke dalam dirinya sendiri. Jika batang baja ditempatkan di dalam solenoida, maka setelah beberapa saat, di bawah pengaruh medan magnet solenoida, batang tersebut akan menjadi magnet. Metode ini digunakan dalam pembuatan.

Elektromagnet

Ini adalah kumparan (solenoid) dengan inti besi ditempatkan di dalamnya. Bentuk dan ukuran elektromagnet bervariasi, tetapi susunan umum dari semuanya adalah sama.

Kumparan elektromagnet adalah bingkai, paling sering terbuat dari papan penekan atau serat, dan memiliki berbagai bentuk tergantung pada tujuan elektromagnet. Kawat berinsulasi tembaga dililitkan pada bingkai dalam beberapa lapisan - belitan elektromagnet. Ini memiliki jumlah belokan yang berbeda dan terbuat dari kawat dengan diameter berbeda, tergantung pada tujuan elektromagnet.

Untuk melindungi insulasi belitan dari kerusakan mekanis, belitan ditutup dengan satu atau lebih lapisan kertas atau bahan insulasi lainnya. Awal dan akhir belitan dibawa keluar dan dihubungkan ke terminal keluaran yang dipasang pada rangka, atau ke konduktor fleksibel dengan lug di ujungnya.

Kumparan elektromagnet dipasang pada inti yang terbuat dari besi lunak, anil atau paduan besi dengan silikon, nikel, dll. Besi tersebut memiliki sisa paling sedikit. Core paling sering dibuat komposit dari lembaran tipis yang diisolasi satu sama lain. Bentuk inti dapat berbeda, tergantung pada tujuan elektromagnet.

Jika arus listrik dilewatkan melalui belitan elektromagnet, maka medan magnet terbentuk di sekitar belitan, yang memagnetisasi inti. Karena inti terbuat dari besi lunak, maka akan langsung termagnetisasi. Jika arus dimatikan, sifat kemagnetan inti juga akan cepat hilang, dan itu akan berhenti menjadi magnet. Kutub elektromagnet, seperti solenoida, ditentukan oleh aturan tangan kanan. Jika belitan elektromagnet diubah, maka polaritas elektromagnet akan berubah.

Tindakan elektromagnet mirip dengan magnet permanen. Namun, ada perbedaan besar di antara mereka. Magnet permanen selalu memiliki sifat magnetik, dan elektromagnet hanya jika arus listrik melewati belitannya.

Selain itu, gaya tarik magnet permanen tidak berubah, karena fluks magnet magnet permanen tidak berubah. Gaya tarik-menarik elektromagnet tidak bernilai konstan. Elektromagnet yang sama dapat memiliki gaya tarik menarik yang berbeda. Gaya tarik magnet tergantung pada besarnya fluks magnetnya.

Gaya tarik-menarik, dan karenanya fluks magnetnya, bergantung pada besarnya arus yang melewati belitan elektromagnet ini. Semakin besar arus, semakin besar gaya tarik elektromagnet, dan, sebaliknya, semakin kecil arus dalam belitan elektromagnet, semakin kecil gaya yang menarik benda magnet ke dirinya sendiri.

Tetapi untuk elektromagnet dengan berbagai desain dan ukuran, gaya tariknya tidak hanya bergantung pada besarnya arus dalam belitan. Jika, misalnya, kita mengambil dua elektromagnet dari perangkat dan dimensi yang sama, tetapi satu dengan jumlah belitan yang sedikit, dan yang lainnya dengan jumlah yang jauh lebih besar, maka mudah untuk melihat bahwa dengan arus yang sama gaya tarik menarik yang terakhir akan jauh lebih besar. Memang, semakin besar jumlah belitan belitan, semakin besar pada arus yang diberikan medan magnet dibuat di sekitar belitan ini, karena terdiri dari medan magnet setiap belokan. Ini berarti bahwa fluks magnet elektromagnet, dan karenanya gaya tarik-menariknya, akan semakin besar, semakin besar jumlah belitan yang dimiliki belitan.

Ada alasan lain yang mempengaruhi besarnya fluks magnet suatu elektromagnet. Ini adalah kualitas sirkuit magnetiknya. Sirkuit magnetik adalah jalur di mana fluks magnet menutup. Sirkuit magnetik memiliki tertentu resistensi magnet. Resistansi magnetik tergantung pada permeabilitas magnetik medium yang dilalui fluks magnet. Semakin besar permeabilitas magnetik media ini, semakin rendah resistansi magnetiknya.

Sejak m permeabilitas magnetik benda feromagnetik (besi, baja) berkali-kali lebih besar daripada permeabilitas magnetik udara, oleh karena itu lebih menguntungkan untuk membuat elektromagnet sehingga sirkuit magnetiknya tidak mengandung bagian udara. Hasil kali arus dan jumlah lilitan pada elektromagnet disebut gaya gerak magnet. Gaya gerak magnet diukur dengan jumlah lilitan ampere.

Misalnya, belitan elektromagnet yang memiliki 1200 putaran membawa arus sebesar 50 mA. Kekuatan motif magnet elektromagnet seperti itu sama dengan 0,05 x 1200 = 60 putaran ampere.

Aksi gaya gerak magnet mirip dengan gaya gerak listrik dalam rangkaian listrik. Sama seperti EMF menyebabkan arus listrik, gaya magnetomotive menciptakan fluks magnet dalam elektromagnet. Sama seperti dalam rangkaian listrik, dengan peningkatan EMF, arus dalam harga meningkat, demikian juga dalam rangkaian magnet, dengan peningkatan gaya gerak magnet, fluks magnet meningkat.

Tindakan resistensi magnet mirip dengan aksi hambatan listrik dari rangkaian. Karena arus berkurang dengan peningkatan resistansi rangkaian listrik, demikian juga dalam rangkaian magnetik kenaikan tahanan magnet menyebabkan penurunan fluks magnet.

Ketergantungan fluks magnet elektromagnet pada gaya gerak magnet dan hambatan magnetnya dapat dinyatakan dengan rumus yang mirip dengan rumus hukum Ohm: gaya gerak magnet \u003d (fluks magnet / hambatan magnet)

Fluks magnet sama dengan gaya gerak magnet dibagi dengan hambatan magnet.

Jumlah lilitan belitan dan resistansi magnet untuk setiap elektromagnet adalah nilai konstan. Oleh karena itu, fluks magnet dari elektromagnet yang diberikan hanya berubah dengan perubahan arus yang melewati belitan. Karena gaya tarik elektromagnet ditentukan oleh fluks magnetnya, untuk menambah (atau mengurangi) gaya tarik elektromagnet, perlu untuk menambah (atau mengurangi) arus dalam belitannya.

elektromagnet terpolarisasi

Elektromagnet terpolarisasi adalah kombinasi dari magnet permanen dan elektromagnet. Itu diatur sedemikian rupa. Apa yang disebut ekstensi tiang besi lunak yang melekat pada kutub magnet permanen. Setiap perpanjangan kutub berfungsi sebagai inti dari elektromagnet, sebuah kumparan dengan belitan dipasang di atasnya. Kedua belitan dihubungkan secara seri.

Karena perpanjangan kutub secara langsung melekat pada kutub magnet permanen, mereka memiliki sifat magnetik bahkan tanpa adanya arus dalam belitan; pada saat yang sama, gaya tariknya tidak berubah dan ditentukan oleh fluks magnet magnet permanen.

Tindakan elektromagnet terpolarisasi terletak pada kenyataan bahwa ketika arus melewati belitannya, gaya tarik kutubnya meningkat atau menurun tergantung pada besar dan arah arus dalam belitan. Pada sifat elektromagnet terpolarisasi ini, aksi dari alat listrik.

Aksi medan magnet pada konduktor pembawa arus

Jika suatu penghantar ditempatkan dalam suatu medan magnet sehingga letaknya tegak lurus terhadap garis-garis medan, dan arus listrik dilewatkan melalui penghantar ini, maka penghantar tersebut akan bergerak dan akan terdorong keluar dari medan magnet tersebut.

Sebagai hasil dari interaksi medan magnet dengan arus listrik, konduktor bergerak, yaitu, energi listrik diubah menjadi energi mekanik.

Gaya yang mendorong konduktor keluar dari medan magnet tergantung pada besarnya fluks magnet magnet, kekuatan arus dalam konduktor dan panjang bagian konduktor yang dilintasi garis medan. Arah gaya ini, yaitu arah pergerakan konduktor, tergantung pada arah arus dalam konduktor dan ditentukan oleh aturan tangan kiri.

Jika Anda memegang telapak tangan kiri Anda sehingga termasuk garis medan magnet, dan empat jari yang terentang menghadap ke arah arus dalam penghantar, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah gerakan penghantar.. Ketika menerapkan aturan ini, kita harus ingat bahwa garis-garis medan keluar dari kutub utara magnet.