Pinag-aaralan ng kuryente at magnetism (electrodynamics) ang mga electromagnetic na interaksyon. Ang carrier ng mga pakikipag-ugnayan na ito ay ang electromagnetic field, ito ay isang kumbinasyon ng dalawang magkakaugnay na mga patlang: magnetic at electric.

Ang mga turo tungkol sa kuryente, sa mga araw na ito ay batay sa mga equation ni Maxwell, tinutukoy nila ang mga patlang sa pamamagitan ng kanilang mga vortices at pinagmulan.

Mga Katotohanan sa Elektrisidad sa Kasaysayan

Ang mga electrical phenomena ay kilala noong sinaunang panahon, kasama ng mga ito ang mga sumusunod na katotohanan ay maaaring makilala:

1. Mga 500 BC e. Natuklasan ni Thales ng Miletus na ang amber na isinusuot ng lana ay madaling nakakaakit ng mga magaan na fluff. Kahit na ang kanyang anak na babae, nang lagyan niya ng lana ang amber spindle, ay nakita ang epektong ito. Ang salitang "electron" ay isinalin mula sa Griyego bilang "amber", kaya ang terminong "electricity". Ang konseptong ito ay ipinakilala sa XVI siglo Ingles na manggagamot na si Gilbert. Matapos ang isang serye ng mga eksperimento, natuklasan niya na ang ilang mga sangkap ay nakuryente.
2. Sa Babylon (4000 taon na ang nakakaraan) natagpuan ang mga sisidlang luad, naglalaman ito ng mga tungkod na tanso at bakal. Sa ilalim ay bitumen, na naghihiwalay sa materyal. Ang mga rod ay pinaghiwalay ng acetic o citric acid, iyon ay, ang paghahanap na ito ay nakapagpapaalaala sa isang galvanic cell. Ang ginto sa Babylonian na alahas ay inilapat sa pamamagitan ng electroplating.

electromagnetic field

Kahulugan 1

Ang electromagnetic field ay isang uri ng bagay kung saan nagkakaroon ng electromagnetic interaction sa pagitan ng mga particle na may electric charge. Ito ay isang uri ng bagay na nagpapadala ng mga pagkilos ng mga puwersang electromagnetic.

Sa kuryente ay ang konsepto ng electromagnetic field. Ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na ang terminong "patlang" sa pisika ay ginagamit upang sumangguni sa isang bilang ng mga konsepto na naiiba sa nilalaman, na kinabibilangan ng mga sumusunod:

1. Ang salitang "patlang" ay ganap na nagpapakilala sa pamamahagi ng anumang pisikal na dami, scalar o vector. Kapag nag-aaral, halimbawa, ang estado ng thermal sa iba't ibang mga punto sa daluyan, nag-uulat sila ng isang scalar na patlang ng temperatura. Kung isasaalang-alang ang proseso ng mga mekanikal na panginginig ng boses sa isang nababanat na daluyan, pinag-uusapan natin ang isang mekanikal na larangan ng alon. Sa mga halimbawang ito, ang konsepto ng "patlang" ay naglalarawan sa pisikal na kalagayan ng pinag-aralan na materyal na kapaligiran.
2. Ang isang espesyal na uri ng bagay ay tinatawag ding patlang. Ang terminong field (bilang isang uri ng bagay) ay lumitaw dahil sa pangkalahatang problema ng pakikipag-ugnayan. Ang teorya kung saan ang pagkilos ng mga puwersa ay ipinadala kaagad sa pamamagitan ng isang karaniwang walang bisa ay tinatawag na teorya ng pangmatagalang aksyon. Ang teorya na nagsasaad na ang pagkilos ng mga puwersa ay ipinapadala sa isang may hangganang bilis sa pamamagitan ng isang intermediate na materyal na daluyan ay tinatawag na teorya ng maikling-saklaw na pagkilos.

Ang mga electric at magnetic field ay karaniwang itinuturing na magkahiwalay, bagama't sa katotohanan ay walang "purely" magnetic o "purely" electrical phenomena. Mayroon lamang isang solong electromagnetic na proseso. Ang dibisyon ng electromagnetic na pakikipag-ugnayan sa magnetic at electric, pati na rin ang paghahati ng pinag-isang electromagnetic na pwersa sa magnetic at electric, ay may kondisyon, at ang naturang convention ay madaling mapatunayan. Ang terminolohiya na "magnetic", "electrical" na pwersa ay kasing-kondisyon.

Pagsingil ng kuryente

Kahulugan 2

Ang electric charge ay isang likas na ari-arian na likas sa ilan sa mga "pinakasimpleng" particle ng matter - "elementary" na mga particle. Ang singil ng kuryente na may enerhiya, masa, atbp. lumilikha ng isang "kumplikado" ng mga pangunahing katangian ng mga particle.

Sa mga kilalang elementarya na particle, tanging mga positron, electron, antiproton, proton, ilang hyperon at meson at ang kanilang mga antiparticle lamang ang may electric charge. Kasabay nito, ang mga neutrino, neutron, neutral hyperon at meson at ang kanilang mga antiparticle, pati na rin ang mga photon ay walang electric charge.

Dalawang uri lamang ng mga singil sa kuryente ang kilala, na tinatawag na kumbensyonal na negatibo at positibo (ang mga konsepto ng "negatibo" at "positibong" kuryente ay unang ipinakilala ni W. Franklin (USA) noong ika-18 siglo).

Ang direktang pagtukoy ng halaga ng elementary charge ay isinagawa noong 1909 - 1904. A.F. Ioffe (Russia), gayundin ang R.E. Milliken (USA). Matapos ang mga eksperimento ng Ioffe at Millikan, ang hypothesis ng pagkakaroon ng mga subelectron ay tinanggihan, i.e. mga singil na mas mababa kaysa sa singil ng isang elektron.

Ang ganitong singil ay hindi maaaring ihiwalay mula sa mga particle kung saan ito nabibilang. Ang pangkalahatang indestructibility ng matter ay nangangailangan ng indestructibility ng electric charge. Sa mga batas ng momentum, konserbasyon ng masa, enerhiya, angular na momentum na popular sa theoretical mechanics, dapat nating idagdag ang batas ng konserbasyon ng electric charge: sa saradong sistema ng mga particle o katawan, ang algebraic na kabuuan ng mga singil ng magnitude ay pare-pareho, anuman ang mga prosesong nagaganap sa sistemang ito. Ang pangkalahatang batas sa pag-iingat ng singil ay itinatag sa pamamagitan ng eksperimento ni M. Faraday (England) at F. Aepinus (Russia).

Ang pagkakaroon ng isang electromagnetic microfield ay magkakaugnay sa paggalaw ng bawat elementary charge. Kapansin-pansin na ang mga electric at magnetic field na pinag-aralan ng macroscopic at electrostatic electrodynamics ay naging average: lahat sila ay kumakatawan sa isang superposition o superposition ng microfields, na lumilikha ng isang malaking hanay ng mga gumagalaw na elementary charges. Tulad ng ipinapakita ng karanasan, ang average na electric field ay maaari ding ganap na naiiba mula sa zero kapag ang "pinagmulan" nito - ang macrocharge ay ganap na nakatigil, at gayundin kapag ito ay kumikilos.

Mga formula ng kuryente at magnetism. Ang pag-aaral ng mga pangunahing kaalaman ng electrodynamics ay tradisyonal na nagsisimula sa isang electric field sa isang vacuum. Upang kalkulahin ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang eksaktong singil at upang kalkulahin ang lakas ng patlang ng kuryente na nilikha ng isang singil sa punto, dapat na mailapat ng isa ang batas ng Coulomb. Upang kalkulahin ang mga lakas ng field na nilikha ng mga pinalawig na singil (siningil na thread, eroplano, atbp.), ang Gauss theorem ay inilapat. Para sa isang sistema ng mga singil sa kuryente, kinakailangan na ilapat ang prinsipyo

Kapag pinag-aaralan ang paksang "Direct current" kinakailangang isaalang-alang sa lahat ng anyo ang mga batas ng Ohm at Joule-Lenz Kapag pinag-aaralan ang "Magnetism" kinakailangang tandaan na ang magnetic field ay nabuo sa pamamagitan ng paglipat ng mga singil at kumikilos sa paglipat ng mga singil . Dito dapat nating bigyang pansin ang batas ng Biot-Savart-Laplace. Ang partikular na atensyon ay dapat bayaran sa puwersa ng Lorentz at isaalang-alang ang paggalaw ng isang sisingilin na particle sa isang magnetic field.

Ang mga electrical at magnetic phenomena ay konektado sa pamamagitan ng isang espesyal na anyo ng pagkakaroon ng bagay - isang electromagnetic field. Ang batayan ng teorya ng electromagnetic field ay ang teorya ni Maxwell.

Talaan ng mga pangunahing formula para sa kuryente at magnetism

Mga pisikal na batas, formula, variable	Mga formula para sa kuryente at magnetism
Batas ng Coulomb: saan q 1 at q 2 - ang magnitude ng point charges,ԑ 1 - de-koryenteng pare-pareho; Ang ε ay ang permittivity ng isang isotropic medium (para sa vacuum ε = 1), r ay ang distansya sa pagitan ng mga singil.
Lakas ng electric field: saan Ḟ ay ang puwersang kumikilos sa singil q0 matatagpuan sa puntong ito sa field.
Lakas ng field sa layo r mula sa pinagmulan ng field: 1) point charge 2) isang infinitely long charged filament na may linear charge density τ: 3) isang unipormeng sisingilin na walang katapusan na eroplano na may densidad ng singil sa ibabaw σ: 4) sa pagitan ng dalawang magkasalungat na sisingilin na eroplano
Potensyal sa electric field: kung saan ang W ay ang potensyal na enerhiya ng singil q 0 .
Potensyal ng field ng isang point charge sa layo r mula sa charge:
Ayon sa prinsipyo ng superposisyon ng mga patlang, ang intensity:
Potensyal: kung saan Ēi at ϕ i- tensyon at potensyal sa isang partikular na punto ng field, na nilikha ng i-th charge.
Ang gawain ng mga puwersa ng electric field upang ilipat ang singil q mula sa isang punto na may potensyalφ 1 sa punto ng potensyalϕ 2 :
Relasyon sa pagitan ng pag-igting at potensyal 1) para sa isang hindi magkakatulad na larangan: 2) para sa isang homogenous na larangan:
Ang kapasidad ng kuryente ng nag-iisang konduktor:
Kapasidad ng kapasitor:
Electric capacitance ng flat capacitor: kung saan ang S ay ang lugar ng plato (isa) ng kapasitor, d ay ang distansya sa pagitan ng mga plato.
Enerhiya ng isang sisingilin na kapasitor:
Kasalukuyang lakas:
kasalukuyang density: kung saan ang S ay ang cross-sectional area ng konduktor.
Paglaban ng konduktor: l ay ang haba ng konduktor; Ang S ay ang cross-sectional area.
Batas ni Ohm 1) para sa isang homogenous na seksyon ng chain: 2) sa differential form: 3) para sa isang seksyon ng circuit na naglalaman ng EMF: Kung saan ang ε ay ang EMF ng kasalukuyang pinagmulan, R at r - panlabas at panloob na paglaban ng circuit; 4) para sa closed circuit:
Batas ng Joule-Lenz 1) para sa isang homogenous na seksyon ng DC circuit: kung saan ang Q ay ang dami ng init na inilabas sa konduktor na may kasalukuyang, t - kasalukuyang oras ng pagpasa; 2) para sa isang seksyon ng circuit na may kasalukuyang nagbabago sa paglipas ng panahon:
Kasalukuyang kapangyarihan:
Relasyon sa pagitan ng magnetic induction at lakas ng magnetic field: kung saan ang B ay ang magnetic induction vector, μ √ magnetic permeability ng isotropic medium, (para sa vacuum μ = 1), µ 0 - magnetic constant, Ang H ay ang lakas ng magnetic field.
Magnetic induction(magnetic field induction): 1) sa gitna ng pabilog na kasalukuyang kung saan ang R ay ang radius ng circular current, 2) mga patlang ng walang katapusang mahabang pasulong na kasalukuyang kung saan ang r ay ang pinakamaikling distansya sa conductor axis; 3) ang patlang na nilikha ng isang piraso ng konduktor na may kasalukuyang kung saan ang ɑ 1 at ɑ 2 - mga anggulo sa pagitan ng segment ng conductor at ng linya na nagkokonekta sa mga dulo ng segment at sa punto ng field; 4) mga patlang ng isang walang katapusang mahabang solenoid kung saan ang n ay ang bilang ng mga pagliko sa bawat yunit ng haba ng solenoid.

Lakas ng electric field

Ang lakas ng electric field ay isang vector na katangian ng field, ang puwersa na kumikilos sa isang yunit ng electric charge sa pamamahinga sa isang ibinigay na reference frame.

Ang pag-igting ay tinutukoy ng formula:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

kung saan ang $E↖(→)$ ay ang lakas ng field; Ang $F↖(→)$ ay ang puwersang kumikilos sa singil na $q$ na inilagay sa ibinigay na punto ng field. Ang direksyon ng vector $E↖(→)$ ay tumutugma sa direksyon ng puwersang kumikilos sa positibong singil at kabaligtaran sa direksyon ng puwersang kumikilos sa negatibong singil.

Ang yunit ng SI ng pag-igting ay ang bolta bawat metro (V/m).

Lakas ng field ng isang point charge. Ayon sa batas ng Coulomb, ang isang point charge $q_0$ ay kumikilos sa isa pang charge $q$ na may puwersa na katumbas ng

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

Ang modulus ng field strength ng isang point charge $q_0$ sa layo na $r$ mula dito ay katumbas ng

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

Ang intensity vector sa anumang punto ng electric field ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa puntong ito at sa singil.

Mga linya ng electric field

Ang electric field sa espasyo ay karaniwang kinakatawan ng mga linya ng puwersa. Ang konsepto ng mga linya ng puwersa ay ipinakilala ni M. Faraday sa pag-aaral ng magnetism. Pagkatapos ang konseptong ito ay binuo ni J. Maxwell sa pananaliksik sa electromagnetism.

Ang isang linya ng puwersa, o isang linya ng lakas ng electric field, ay isang linya, ang padaplis na kung saan sa bawat punto ay tumutugma sa direksyon ng puwersa na kumikilos sa isang positibong singil sa punto na matatagpuan sa puntong ito sa field.

Mga linya ng pag-igting ng isang bola na may positibong sisingilin;

Tension lines ng dalawang bolang magkasalungat na sinisingil;

Tension lines ng dalawang like-charged na bola

Mga linya ng pag-igting ng dalawang plato na sinisingil ng mga singil na magkaiba sa sign ngunit katumbas ng absolute value.

Ang mga linya ng pag-igting sa huling pigura ay halos magkatulad sa espasyo sa pagitan ng mga plato, at ang kanilang density ay pareho. Ito ay nagpapahiwatig na ang patlang sa rehiyong ito ng espasyo ay pare-pareho. Ang isang electric field ay tinatawag na homogenous, ang intensity nito ay pareho sa lahat ng mga punto sa espasyo.

Sa isang electrostatic field, ang mga linya ng puwersa ay hindi sarado, palagi silang nagsisimula sa mga positibong singil at nagtatapos sa mga negatibong singil. Hindi sila bumalandra kahit saan, ang intersection ng mga linya ng field ay magsasaad ng kawalan ng katiyakan ng direksyon ng lakas ng field sa intersection point. Mas malaki ang density ng mga linya ng field malapit sa mga naka-charge na katawan, kung saan mas malaki ang lakas ng field.

Ang patlang ng isang sisingilin na bola. Ang lakas ng field ng isang charged conducting ball sa layo mula sa gitna ng bola na lumalampas sa radius nito $r≥R$ ay tinutukoy ng parehong formula bilang field ng isang point charge. Ito ay pinatunayan ng pamamahagi ng mga linya ng puwersa, katulad ng pamamahagi ng mga linya ng pag-igting ng isang singil sa punto.

Ang singil ng bola ay ibinahagi nang pantay-pantay sa ibabaw nito. Sa loob ng conducting ball, zero ang lakas ng field.

Isang magnetic field. Pakikipag-ugnayan ng mga magnet

Ang kababalaghan ng pakikipag-ugnayan ng mga permanenteng magnet (ang pagtatatag ng isang magnetic na karayom ​​sa kahabaan ng magnetic meridian ng Earth, ang pagkahumaling ng magkasalungat na mga pole, ang pagtataboy ng mga pole ng parehong pangalan) ay kilala mula noong sinaunang panahon at sistematikong pinag-aralan ni W. Hilbert (ang mga resulta ay nai-publish noong 1600 sa kanyang treatise na "Sa isang magnet, magnetic body at isang malaking magnet - Earth).

Natural (natural) na mga magnet

Ang magnetic properties ng ilang natural na mineral ay kilala na noong unang panahon. Kaya, mayroong nakasulat na katibayan ng higit sa 2000 taon na ang nakalilipas tungkol sa paggamit sa China ng mga natural na permanenteng magnet bilang mga compass. Ang pagkahumaling at pagtanggi ng mga magnet at ang magnetization ng mga iron filing ng mga ito ay binanggit sa mga sinulat ng sinaunang Greek at Roman scientists (halimbawa, sa tula na "On the Nature of Things" ni Lucretius Cara).

Ang mga natural na magnet ay mga piraso ng magnetic iron ore (magnetite) na binubuo ng $FeO$ (31%) at $Fe_2O$ (69%). Kung ang gayong piraso ng mineral ay dinadala sa maliliit na bagay na bakal - mga kuko, sup, isang manipis na talim, atbp., Maaakit sila dito.

Mga artipisyal na permanenteng magnet

Permanenteng magnet- ito ay isang produktong gawa sa isang materyal na isang autonomous (independiyente, nakahiwalay) na pinagmumulan ng patuloy na magnetic field.

Ang mga artipisyal na permanenteng magnet ay ginawa mula sa mga espesyal na haluang metal, na kinabibilangan ng iron, nickel, cobalt, atbp. Ang mga metal na ito ay nakakakuha ng magnetic properties (magnetize) kung sila ay dinadala sa permanenteng magnet. Samakatuwid, upang makagawa ng mga permanenteng magnet mula sa kanila, sila ay espesyal na pinananatili sa malakas na mga magnetic field, pagkatapos kung saan sila mismo ay nagiging mga mapagkukunan ng isang palaging magnetic field at nakakapagpanatili ng mga magnetic na katangian sa loob ng mahabang panahon.

Ang figure ay nagpapakita ng arcuate at strip magnets.

Sa fig. Ang mga larawan ng magnetic field ng mga magnet na ito ay ibinibigay, na nakuha sa paraang unang ginamit sa kanyang pananaliksik ni M. Faraday: sa tulong ng mga iron filings na nakakalat sa isang sheet ng papel kung saan ang magnet ay namamalagi. Ang bawat magnet ay may dalawang pole - ito ang mga lugar na may pinakamalaking konsentrasyon ng magnetic lines of force (tinatawag din silang mga linya ng magnetic field, o mga linya ng magnetic induction field). Ito ang mga lugar kung saan ang mga paghahain ng bakal ay higit na naaakit. Ang isa sa mga poste ay tinatawag hilaga($N$), isa pa - timog($S$). Kung magdadala ka ng dalawang magnet sa isa't isa na may parehong mga poste, makikita mo na sila ay nagtataboy, at kung sila ay kabaligtaran, sila ay umaakit.

Sa fig. malinaw na nakikita na ang mga magnetic lines ng magnet - mga saradong linya. Ang mga linya ng puwersa ng magnetic field ng dalawang magnet na nakaharap sa isa't isa na may pareho at magkasalungat na pole ay ipinapakita. Ang gitnang bahagi ng mga larawang ito ay kahawig ng mga larawan ng mga electric field na may dalawang singil (kabaligtaran at pareho). Gayunpaman, ang mahalagang pagkakaiba sa pagitan ng mga electric at magnetic field ay ang mga linya ng electric field ay nagsisimula sa mga singil at nagtatapos sa kanila. Ang mga magnetic charge ay hindi umiiral sa kalikasan. Ang mga linya ng magnetic field ay lumabas sa north pole ng magnet at pumasok sa timog, nagpapatuloy sila sa katawan ng magnet, ibig sabihin, tulad ng nabanggit sa itaas, sila ay mga saradong linya. Ang mga patlang na ang mga linya ng puwersa ay sarado ay tinatawag eddy. Ang magnetic field ay isang vortex field (ito ang pagkakaiba nito mula sa electric).

Paglalapat ng mga magnet

Ang pinaka sinaunang magnetic device ay ang kilalang compass. Sa modernong teknolohiya, ang mga magnet ay ginagamit nang napakalawak: sa mga de-koryenteng motor, sa engineering ng radyo, sa mga kagamitan sa pagsukat ng elektrikal, atbp.

Magnetic field ng Earth

Ang lupa ay isang magnet. Tulad ng anumang magnet, mayroon itong sariling magnetic field at sariling magnetic pole. Iyon ang dahilan kung bakit ang compass needle ay nakatuon sa isang tiyak na direksyon. Malinaw kung saan dapat ituro ang north pole ng magnetic needle, dahil magkasalungat na pole umaakit. Samakatuwid, ang north pole ng magnetic needle ay tumuturo sa south magnetic pole ng Earth. Matatagpuan ang poste na ito sa hilaga ng globo, medyo malayo sa geographic north pole (sa Prince of Wales Island - humigit-kumulang $75°$ north latitude at $99°$ west longitude, sa layo na humigit-kumulang $2100$ km mula sa geographic north poste).

Kapag papalapit sa north geographic pole, ang mga linya ng puwersa ng magnetic field ng Earth ay nakakiling patungo sa abot-tanaw sa isang malaking anggulo, at sa rehiyon ng south magnetic pole sila ay nagiging patayo.

Ang north magnetic pole ng Earth ay matatagpuan malapit sa geographic na south pole, ibig sabihin sa $66.5°$ southern latitude at $140°$ east longitude. Dito lumalabas ang mga linya ng magnetic field mula sa Earth.

Sa madaling salita, ang mga magnetic pole ng Earth ay hindi nakahanay sa mga geographic pole nito. Samakatuwid, ang direksyon ng magnetic needle ay hindi nag-tutugma sa direksyon ng geographical meridian, at ang magnetic needle ng compass ay humigit-kumulang lamang na nagpapakita ng direksyon sa hilaga.

Ang compass needle ay maaari ding maapektuhan ng ilang natural na phenomena, halimbawa, magnetikong bagyo, na mga pansamantalang pagbabago sa magnetic field ng Earth na nauugnay sa aktibidad ng solar. Ang aktibidad ng solar ay sinamahan ng pagbuga ng mga daloy ng mga sisingilin na particle mula sa ibabaw ng Araw, sa partikular, mga electron at proton. Ang mga daloy na ito, na gumagalaw sa mataas na bilis, ay lumikha ng kanilang sariling magnetic field, na nakikipag-ugnayan sa magnetic field ng Earth.

Sa globo (maliban sa mga panandaliang pagbabago sa magnetic field) may mga lugar kung saan mayroong patuloy na paglihis ng direksyon ng magnetic needle mula sa direksyon ng magnetic line ng Earth. Ito ang mga lugar magnetic anomalya(mula sa Griyego. anomalia - deviation, abnormality). Ang isa sa pinakamalaking naturang mga lugar ay ang Kursk magnetic anomaly. Ang dahilan ng mga anomalya ay ang malalaking deposito ng iron ore sa medyo mababaw na lalim.

Ang magnetic field ng Earth ay mapagkakatiwalaang pinoprotektahan ang ibabaw ng Earth mula sa cosmic radiation, na ang epekto sa mga buhay na organismo ay mapanira.

Ang mga paglipad ng mga interplanetary space station at mga barko ay naging posible upang matukoy na ang Buwan at ang planetang Venus ay walang magnetic field, habang ang planetang Mars ay may napakahina.

Mga eksperimento ni Erstedai ​​​​Ampère. Magnetic field induction

Noong 1820, natuklasan ng Danish na siyentipiko na si G. X. Oersted na ang isang magnetic needle, na inilagay malapit sa isang conductor kung saan dumadaloy ang kasalukuyang, umiikot, sinusubukang maging patayo sa conductor.

Ang pamamaraan ng karanasan ni G. X. Oersted ay ipinapakita sa figure. Ang konduktor na kasama sa kasalukuyang source circuit ay matatagpuan sa itaas ng magnetic needle parallel sa axis nito. Kapag ang circuit ay sarado, ang magnetic needle ay lumihis mula sa orihinal na posisyon nito. Kapag binuksan ang circuit, bumalik ang magnetic needle sa orihinal nitong posisyon. Ito ay sumusunod na ang kasalukuyang nagdadala ng conductor at ang magnetic needle ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Batay sa karanasang ito, maaari itong tapusin na mayroong isang magnetic field na nauugnay sa daloy ng kasalukuyang sa konduktor at ang likas na puyo ng tubig ng patlang na ito. Ang inilarawang eksperimento at ang mga resulta nito ay ang pinakamahalagang siyentipikong merito ng Oersted.

Sa parehong taon, natuklasan ng French physicist na si Ampère, na interesado sa mga eksperimento ni Oersted, ang pakikipag-ugnayan ng dalawang rectilinear conductor sa kasalukuyang. Ito ay lumabas na kung ang mga alon sa mga konduktor ay dumadaloy sa isang direksyon, ibig sabihin, magkatulad, kung gayon ang mga konduktor ay umaakit, kung sa magkasalungat na direksyon (i.e., antiparallel), pagkatapos ay itataboy nila.

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang, ibig sabihin, ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga gumagalaw na singil ng kuryente, ay tinatawag na magnetic, at ang mga puwersa kung saan kumikilos ang mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang sa isa't isa ay tinatawag na magnetic forces.

Ayon sa teorya ng short-range na aksyon, na sinundan ni M. Faraday, ang kasalukuyang sa isa sa mga konduktor ay hindi maaaring direktang makakaapekto sa kasalukuyang sa iba pang konduktor. Katulad din sa kaso na may mga nakapirming singil sa kuryente sa paligid kung saan mayroong isang electric field, napagpasyahan na sa espasyong nakapalibot sa mga agos, mayroong magnetic field, na kumikilos nang may ilang puwersa sa isa pang konduktor na nagdadala ng kasalukuyang inilagay sa larangang ito, o sa isang permanenteng magnet. Kaugnay nito, ang magnetic field na nilikha ng pangalawang konduktor na nagdadala ng kasalukuyang ay kumikilos sa kasalukuyang nasa unang konduktor.

Kung paanong ang isang electric field ay natukoy sa pamamagitan ng epekto nito sa isang test charge na ipinakilala sa field na ito, ang isang magnetic field ay maaaring makita sa pamamagitan ng orienting effect ng isang magnetic field sa isang loop na may maliit na kasalukuyang (kumpara sa mga distansya kung saan ang magnetic field. kapansin-pansing nagbabago) mga sukat.

Ang mga wire na nagbibigay ng kasalukuyang sa frame ay dapat na pinagtagpi (o ilagay malapit sa isa't isa), pagkatapos ay ang resultang puwersa na kumikilos mula sa magnetic field sa mga wire na ito ay magiging katumbas ng zero. Ang mga puwersa na kumikilos sa naturang frame na may kasalukuyang ay paikutin ito, upang ang eroplano nito ay magiging patayo sa mga linya ng magnetic field induction. Sa halimbawa, ang frame ay iikot upang ang konduktor na may kasalukuyang ay nasa eroplano ng frame. Kapag ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor ay nagbago, ang frame ay iikot ng $180°$. Sa patlang sa pagitan ng mga pole ng isang permanenteng magnet, ang frame ay liliko sa isang eroplano na patayo sa mga magnetic na linya ng puwersa ng magnet.

Magnetic induction

Ang magnetic induction ($В↖(→)$) ay isang vector physical quantity na nagpapakilala sa isang magnetic field.

Ang direksyon ng magnetic induction vector $В↖(→)$ ay kinuha:

1) ang direksyon mula sa south pole $S$ hanggang sa north pole $N$ ng magnetic needle na malayang nakalagay sa magnetic field, o

2) ang direksyon ng positibong normal sa isang closed loop na may kasalukuyang sa isang flexible suspension, malayang naka-install sa isang magnetic field. Ang normal ay itinuturing na positibo, nakadirekta patungo sa paggalaw ng dulo ng gimlet (na may kanang-kamay na pagputol), ang hawakan nito ay pinaikot sa direksyon ng kasalukuyang nasa frame.

Malinaw na ang mga direksyon 1) at 2) ay nagtutugma, na itinatag na ng mga eksperimento ni Ampere.

Tulad ng para sa magnitude ng magnetic induction (i.e., modulus nito) $В$, na maaaring makilala ang lakas ng field, natagpuan ng mga eksperimento na ang maximum na puwersa $F$ kung saan kumikilos ang field sa isang conductor na may kasalukuyang ( nakalagay patayo sa mga linya ng induction magnetic field), depende sa kasalukuyang $I$ sa konduktor at sa haba nito $∆l$ (proporsyonal sa kanila). Gayunpaman, ang puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang elemento (ng haba ng yunit at kasalukuyang lakas) ay nakasalalay lamang sa mismong field, ibig sabihin, ang ratio na $(F)/(I∆l)$ para sa isang ibinigay na field ay isang pare-parehong halaga (katulad ng ang ratio ng puwersa sa singilin para sa electric field). Ang halagang ito ay tinukoy bilang magnetic induction.

Ang magnetic field induction sa isang naibigay na punto ay katumbas ng ratio ng maximum na puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala ng konduktor sa haba ng konduktor at ang kasalukuyang lakas sa konduktor na inilagay sa puntong ito.

Kung mas malaki ang magnetic induction sa isang partikular na punto ng field, mas maraming puwersa ang patlang sa puntong ito ay kumilos sa isang magnetic needle o isang gumagalaw na electric charge.

Ang SI unit ng magnetic induction ay tesla(Tl), ipinangalan sa Serbian electrical engineer na si Nikola Tesla. Tulad ng makikita mula sa formula, $1$ Тl $=l(H)/(A m)$

Kung mayroong maraming iba't ibang mga mapagkukunan ng magnetic field, ang mga induction vector na kung saan sa isang partikular na punto sa espasyo ay katumbas ng $(В_1)↖(→), (В_2)↖(→), (В_3)↖(→), ...$, pagkatapos, ayon sa prinsipyo ng superposisyon ng mga patlang, ang magnetic field induction sa puntong ito ay katumbas ng kabuuan ng magnetic field induction vectors na nabuo ng bawat pinagmulan.

$B↖(→)=(B_1)↖(→)+(B_2)↖(→)+(B_3)↖(→)+...$

Mga linya ng magnetic induction

Para sa isang visual na representasyon ng magnetic field, ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto mga linya ng magnetic field, na paulit-ulit niyang ipinakita sa kanyang mga eksperimento. Ang isang larawan ng mga linya ng puwersa ay madaling makuha sa tulong ng mga iron shavings na iwinisik sa karton. Ipinapakita ng figure: mga linya ng magnetic induction ng direktang kasalukuyang, solenoid, pabilog na kasalukuyang, direktang magnet.

Mga linya ng magnetic induction, o mga linya ng magnetic field, o simple lang magnetic lines ay tinatawag na mga linya na ang mga tangent sa anumang punto ay tumutugma sa direksyon ng magnetic induction vector $В↖(→)$ sa puntong ito ng field.

Kung, sa halip na mga pag-file ng bakal, ang mga maliliit na magnetic arrow ay inilalagay sa paligid ng isang mahabang tuwid na konduktor na may kasalukuyang, kung gayon makikita mo hindi lamang ang pagsasaayos ng mga linya ng puwersa (concentric na bilog), kundi pati na rin ang direksyon ng mga linya ng puwersa (hilaga). Ang poste ng magnetic arrow ay nagpapahiwatig ng direksyon ng induction vector sa isang naibigay na punto).

Ang direksyon ng direktang kasalukuyang magnetic field ay maaaring matukoy mula sa tamang gimlet rule.

Kung paikutin mo ang hawakan ng gimlet upang ang paggalaw ng pagsasalin ng dulo ng gimlet ay nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang, ang direksyon ng pag-ikot ng hawakan ng gimlet ay magsasaad ng direksyon ng kasalukuyang mga linya ng magnetic field.

Ang direksyon ng direktang kasalukuyang magnetic field ay maaari ding matukoy gamit ang unang tuntunin ng kanang kamay.

Kung tinakpan mo ang konduktor gamit ang iyong kanang kamay, itinuturo ang nakatungo na hinlalaki sa direksyon ng kasalukuyang, pagkatapos ay ang mga tip ng natitirang mga daliri sa bawat punto ay magpapakita ng direksyon ng induction vector sa puntong ito.

Vortex field

Ang mga linya ng magnetic induction ay sarado, na nagpapahiwatig na walang mga magnetic charge sa kalikasan. Ang mga patlang na ang mga linya ng puwersa ay sarado ay tinatawag na vortex field.. Iyon ay, ang magnetic field ay isang vortex field. Ito ay naiiba sa electric field na nilikha ng mga singil.

Solenoid

Ang solenoid ay isang coil ng wire na nagdadala ng kasalukuyang.

Ang solenoid ay nailalarawan sa pamamagitan ng bilang ng mga pagliko sa bawat yunit ng haba $n$, haba $l$ at diameter $d$. Ang kapal ng wire sa solenoid at ang pitch ng helix (helix) ay maliit kumpara sa diameter nito $d$ at haba $l$. Ang terminong "solenoid" ay ginagamit din sa mas malawak na kahulugan - ito ang pangalan ng mga coils na may arbitrary na cross section (square solenoid, rectangular solenoid), at hindi kinakailangang cylindrical (toroidal solenoid). Ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng isang mahabang solenoid ($l>>d$) at isang maikling solenoid ($l

Ang solenoid ay naimbento noong 1820 ni A. Ampère upang palakasin ang magnetic action ng kasalukuyang natuklasan ni X. Oersted at ginamit ni D. Arago sa mga eksperimento sa magnetization ng steel rods. Ang magnetic properties ng solenoid ay eksperimentong pinag-aralan ni Ampère noong 1822 (kasabay nito ay ipinakilala niya ang terminong "solenoid"). Ang pagkakapantay-pantay ng solenoid sa mga permanenteng natural na magnet ay itinatag, na isang kumpirmasyon ng electrodynamic theory ni Ampère, na nagpapaliwanag ng magnetism sa pamamagitan ng interaksyon ng mga ring molekular na alon na nakatago sa mga katawan.

Ang mga linya ng puwersa ng magnetic field ng solenoid ay ipinapakita sa figure. Natutukoy ang direksyon ng mga linyang ito gamit ang pangalawang tuntunin ng kanang kamay.

Kung ikapit mo ang solenoid gamit ang palad ng iyong kanang kamay, na idinidirekta ang apat na daliri sa kahabaan ng agos sa mga pagliko, ang hinlalaki na nakatabi ay magsasaad ng direksyon ng mga magnetic na linya sa loob ng solenoid.

Ang paghahambing ng magnetic field ng isang solenoid sa field ng isang permanenteng magnet, makikita mo na halos magkapareho sila. Tulad ng magnet, ang solenoid ay may dalawang pole - hilaga ($N$) at timog ($S$). Ang North Pole ay ang isa kung saan lumabas ang mga magnetic lines; ang south pole ang kanilang pinasukan. Ang north pole ng solenoid ay palaging matatagpuan sa gilid na ipinahiwatig ng hinlalaki ng palad kapag ito ay matatagpuan alinsunod sa pangalawang panuntunan ng kanang kamay.

Ang isang solenoid sa anyo ng isang coil na may malaking bilang ng mga liko ay ginagamit bilang isang magnet.

Ang mga pag-aaral ng magnetic field ng solenoid ay nagpapakita na ang magnetic effect ng solenoid ay tumataas sa pagtaas ng kasalukuyang lakas at ang bilang ng mga pagliko sa solenoid. Bilang karagdagan, ang magnetic effect ng isang solenoid o coil na may kasalukuyang ay pinahusay ng pagpapakilala ng isang baras na bakal dito, na tinatawag na core.

mga electromagnet

Ang isang solenoid na may isang bakal na core sa loob ay tinatawag electromagnet.

Ang mga electromagnet ay maaaring maglaman ng hindi isa, ngunit maraming mga coils (windings) at sa parehong oras ay may mga core ng iba't ibang mga hugis.

Ang naturang electromagnet ay unang ginawa ng English inventor na si W. Sturgeon noong 1825. Sa isang mass na $0.2$ kg, ang electromagnet ni W. Sturgeon ay humawak ng load na tumitimbang ng $36$ N. Sa parehong taon, pinataas ni J. Joule ang puwersa ng pag-angat ng electromagnet sa $200$ N, at makalipas ang anim na taon ang American scientist na si J. Henry ay nagtayo ng electromagnet na may mass na $300$ kg, na may kakayahang humawak ng load na $1$ t!

Ang mga modernong electromagnet ay maaaring magbuhat ng mga kargada na tumitimbang ng ilang sampu-sampung tonelada. Ginagamit ang mga ito sa mga pabrika kapag naglilipat ng mabibigat na produkto na gawa sa bakal at bakal. Ginagamit din ang mga electromagnet sa agrikultura upang linisin ang mga butil ng ilang mga halaman mula sa mga damo at sa iba pang mga industriya.

Amp kapangyarihan

Ang isang tuwid na seksyon ng konduktor na $∆l$, kung saan ang kasalukuyang $I$ ay dumadaloy, sa isang magnetic field na may induction na $B$ ay apektado ng puwersang $F$.

Upang kalkulahin ang puwersang ito, gamitin ang expression:

$F=B|I|∆lsinα$

kung saan ang $α$ ay ang anggulo sa pagitan ng vector $B↖(→)$ at ang direksyon ng segment ng conductor na may kasalukuyang (kasalukuyang elemento); ang direksyon ng kasalukuyang elemento ay kinuha bilang direksyon kung saan dumadaloy ang kasalukuyang sa pamamagitan ng konduktor. Ang puwersang $F$ ay tinatawag sa pamamagitan ng kapangyarihan ng Ampere bilang parangal sa French physicist na si A. M. Ampère, na siyang unang nakatuklas ng epekto ng magnetic field sa isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang. (Sa katunayan, si Ampère ay nagtatag ng batas para sa puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang elemento ng konduktor na may kasalukuyang. Siya ay isang tagasuporta ng teorya ng long-range na aksyon at hindi gumamit ng konsepto ng isang larangan.

Gayunpaman, sa pamamagitan ng tradisyon at sa memorya ng mga merito ng siyentipiko, ang pagpapahayag para sa puwersa na kumikilos sa isang konduktor na may kasalukuyang mula sa magnetic field ay tinatawag ding batas ni Ampère.)

Ang direksyon ng puwersa ni Ampère ay tinutukoy gamit ang panuntunan sa kaliwang kamay.

Kung ilalagay mo ang palad ng iyong kaliwang kamay upang ang mga linya ng magnetic field ay patayo na pumasok dito, at ang apat na nakabuka na mga daliri ay nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang nasa konduktor, kung gayon ang hinlalaki na nakatabi ay magsasaad ng direksyon ng puwersa na kumikilos sa konduktor na may kasalukuyang. Kaya, ang puwersa ng Ampere ay palaging patayo sa parehong magnetic field induction vector at ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor, ibig sabihin, patayo sa eroplano kung saan nakahiga ang dalawang vector na ito.

Ang kinahinatnan ng pagkilos ng puwersa ng Ampere ay ang pag-ikot ng kasalukuyang nagdadala ng frame sa isang pare-parehong magnetic field. Nakahanap ito ng praktikal na aplikasyon sa maraming device, halimbawa, sa mga instrumento sa pagsukat ng kuryente- galvanometers, ammeters, kung saan ang isang movable frame na may kasalukuyang umiikot sa patlang ng isang permanenteng magnet, at sa pamamagitan ng anggulo ng pagpapalihis ng arrow na nakakonekta sa frame, maaaring hatulan ng isa ang magnitude ng kasalukuyang dumadaloy sa circuit.

Salamat sa umiikot na pagkilos ng magnetic field sa kasalukuyang nagdadala ng loop, naging posible rin na lumikha at gumamit mga de-kuryenteng motor mga makina na nagko-convert ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya.

Lorentz force

Ang puwersa ng Lorentz ay ang puwersang kumikilos sa isang gumagalaw na puntong singil ng kuryente sa isang panlabas na magnetic field.

Dutch physicist X. A. Lorentz sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. natagpuan na ang puwersa na kumikilos mula sa magnetic field sa isang gumagalaw na sisingilin na particle ay palaging patayo sa direksyon ng paggalaw ng particle at ang mga linya ng puwersa ng magnetic field kung saan gumagalaw ang particle na ito.

Ang direksyon ng puwersa ng Lorentz ay maaaring matukoy gamit ang panuntunan sa kaliwang kamay.

Kung ilalagay mo ang palad ng iyong kaliwang kamay upang ipahiwatig ng apat na nakaunat na daliri ang direksyon ng paggalaw ng singil, at ang magnetic induction vector ng field ay pumasok sa palad, kung gayon ang hinlalaki na nakatabi ay magsasaad ng direksyon ng puwersa ng Lorentz na kumikilos sa positibong singilin.

Kung negatibo ang singil ng particle, ang puwersa ng Lorentz ay ididirekta sa kabaligtaran na direksyon.

Ang Lorentz force modulus ay madaling matukoy mula sa batas ni Ampère at ito ay:

kung saan ang $q$ ay ang singil ng particle, ang $υ$ ay ang bilis ng paggalaw nito, ang $α$ ay ang anggulo sa pagitan ng mga vectors ng velocity at magnetic field induction.

Kung, bilang karagdagan sa magnetic field, mayroon ding electric field na kumikilos sa isang charge na may puwersa $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, kung gayon ang kabuuang puwersa na kumikilos sa charge ay katumbas ng:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Kadalasan ang kabuuang puwersang ito ay tinatawag na Lorentz force, at ang puwersang ipinahayag ng formula na $F=|q|υBsinα$ ay tinatawag ang magnetic na bahagi ng puwersa ng Lorentz.

Dahil ang puwersa ng Lorentz ay patayo sa direksyon ng paggalaw ng butil, hindi nito mababago ang bilis nito (hindi ito gumagana), ngunit maaari lamang baguhin ang direksyon ng paggalaw nito, ibig sabihin, baluktot ang tilapon.

Ang ganitong curvature ng trajectory ng mga electron sa isang TV kinescope ay madaling obserbahan kung magdadala ka ng isang permanenteng magnet sa screen nito: ang imahe ay magiging pangit.

Ang paggalaw ng isang sisingilin na particle sa isang pare-parehong magnetic field. Hayaang lumipad ang isang may charge na particle nang may bilis na $υ$ papunta sa isang pare-parehong magnetic field na patayo sa mga linya ng intensity. Ang puwersang kumikilos sa particle mula sa gilid ng magnetic field ay magdudulot ng pantay na pag-ikot nito sa isang bilog na radius r, na madaling mahanap gamit ang pangalawang batas ni Newton, ang expression para sa centripetal acceleration at ang formula na $F=|q| υBsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

Mula dito nakukuha natin

$r=(mυ)/(|q|B)$

kung saan ang $m$ ay ang masa ng particle.

Paglalapat ng puwersa ng Lorentz. Ang pagkilos ng isang magnetic field sa mga gumagalaw na singil ay ginagamit, halimbawa, sa mass spectrographs, na ginagawang posible na paghiwalayin ang mga sisingilin na particle ayon sa kanilang mga tiyak na singil, ibig sabihin, ayon sa ratio ng singil ng isang particle sa masa nito, at, batay sa mga resulta na nakuha, tumpak na matukoy ang mga masa ng mga particle.

Ang vacuum chamber ng device ay inilagay sa isang field (ang induction vector $B↖(→)$ ay patayo sa figure). Ang mga naka-charge na particle (mga electron o ions) na pinabilis ng isang electric field, na inilarawan ang isang arko, ay nahuhulog sa isang photographic plate, kung saan nag-iiwan sila ng bakas, na ginagawang posible upang masukat ang radius ng trajectory $r$ na may mataas na katumpakan. Ang tiyak na singil ng ion ay tinutukoy mula sa radius na ito. Alam ang singil ng isang ion, madaling kalkulahin ang masa nito.

Magnetic na katangian ng mga sangkap

Upang maipaliwanag ang pagkakaroon ng magnetic field ng permanenteng magnet, iminungkahi ni Ampere na sa isang substance na may magnetic properties, mayroong mga microscopic circular currents (tinawag silang molekular). Nang maglaon, pagkatapos ng pagtuklas ng electron at ng istraktura ng atom, ang ideyang ito ay maliwanag na nakumpirma: ang mga alon na ito ay nilikha sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electron sa paligid ng nucleus at, na nakatuon sa parehong paraan, sa kabuuan ay lumikha ng isang patlang sa paligid at loob. ang magnet.

Sa fig. ang mga eroplano kung saan matatagpuan ang mga elementarya na electric current ay random na nakatuon dahil sa magulong thermal motion ng mga atomo, at ang substance ay hindi nagpapakita ng magnetic properties. Sa isang magnetized state (sa ilalim ng impluwensya ng, halimbawa, isang panlabas na magnetic field), ang mga eroplanong ito ay nakatuon sa parehong paraan, at ang kanilang mga aksyon ay nagdaragdag.

Magnetic permeability. Ang reaksyon ng medium sa pagkilos ng isang panlabas na magnetic field na may induction $B_0$ (field in vacuum) ay tinutukoy ng magnetic susceptibility $μ$:

kung saan ang $B$ ay ang induction ng magnetic field sa substance. Ang magnetic permeability ay katulad ng permittivity $ε$.

Ayon sa kanilang mga magnetic na katangian, ang mga sangkap ay nahahati sa diamagnets, paramagnets at ferromagnets. Para sa mga diamagnet, ang coefficient na $μ$, na nagpapakilala sa mga magnetic na katangian ng medium, ay mas mababa sa $1$ (halimbawa, para sa bismuth $μ = 0.999824$); para sa mga paramagnet $μ > 1$ (para sa platinum $μ = 1.00036$); para sa mga ferromagnets $μ >> 1$ (iron, nickel, cobalt).

Ang mga diamagnet ay nagtataboy ng mga magnet, ang mga paramagnet ay umaakit. Sa pamamagitan ng mga tampok na ito, maaari silang makilala sa bawat isa. Para sa karamihan ng mga sangkap, ang magnetic permeability ay halos hindi naiiba sa pagkakaisa, para lamang sa mga ferromagnets na ito ay lubos na lumampas dito, na umaabot sa ilang sampu-sampung libong mga yunit.

Ferromagnets. Ang mga ferromagnets ay nagpapakita ng pinakamalakas na magnetic properties. Ang mga magnetic field na nilikha ng mga ferromagnets ay mas malakas kaysa sa panlabas na magnetizing field. Totoo, ang mga magnetic field ng ferromagnets ay hindi nilikha dahil sa sirkulasyon ng mga electron sa paligid ng nuclei - orbital magnetic moment, at dahil sa sariling pag-ikot ng electron - sarili nitong magnetic moment, na tinatawag paikutin.

Ang temperatura ng Curie ($T_c$) ay ang temperatura sa itaas kung saan ang mga ferromagnetic na materyales ay nawawala ang kanilang mga magnetic na katangian. Para sa bawat ferromagnet, mayroon itong sariling. Halimbawa, para sa iron $T_c = 753°$C, para sa nickel $T_c = 365°$C, para sa cobalt $T_c = 1000°$ C. Mayroong ferromagnetic alloys kung saan ang $T_c

Ang unang detalyadong pag-aaral ng magnetic properties ng ferromagnets ay isinagawa ng natitirang Russian physicist na si A. G. Stoletov (1839-1896).

Ang mga ferromagnets ay ginagamit nang napakalawak: bilang mga permanenteng magnet (sa mga instrumento sa pagsukat ng elektrikal, mga loudspeaker, mga telepono, atbp.), Mga core ng bakal sa mga transformer, generator, mga de-koryenteng motor (upang mapahusay ang magnetic field at makatipid ng kuryente). Sa mga magnetic tape na gawa sa ferromagnets, ang pag-record ng tunog at imahe ay isinasagawa para sa mga tape recorder at video recorder. Ang impormasyon ay naitala sa manipis na magnetic films para sa mga storage device sa mga electronic computer.

Pamumuno ni Lenz

Ang panuntunan ni Lenz (batas ni Lenz) ay itinatag ni E. X. Lenz noong 1834. Tinukoy nito ang batas ng electromagnetic induction na natuklasan noong 1831 ni M. Faraday. Tinutukoy ng panuntunan ni Lenz ang direksyon ng induction current sa isang closed circuit kapag gumagalaw ito sa isang panlabas na magnetic field.

Ang direksyon ng induction current ay palaging tulad na ang mga puwersa na nararanasan nito mula sa magnetic field ay humahadlang sa paggalaw ng circuit, at ang magnetic flux na $Ф_1$ na nilikha ng kasalukuyang ito ay may posibilidad na magbayad para sa mga pagbabago sa panlabas na magnetic flux $Ф_e$.

Ang batas ni Lenz ay isang pagpapahayag ng batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa mga electromagnetic phenomena. Sa katunayan, kapag ang isang closed circuit ay gumagalaw sa isang magnetic field dahil sa mga panlabas na pwersa, ito ay kinakailangan upang magsagawa ng ilang mga trabaho laban sa mga pwersa na nagmumula sa pakikipag-ugnayan ng sapilitan kasalukuyang sa magnetic field at nakadirekta sa direksyon sa tapat ng kilusan.

Ang panuntunan ni Lenz ay inilalarawan sa figure. Kung ang isang permanenteng magnet ay itinulak sa isang coil na sarado sa isang galvanometer, ang induction current sa coil ay magkakaroon ng direksyon na lilikha ng magnetic field na may vector na $B"$ na nakadirekta sa tapat ng magnetic field induction vector na $B$, i.e. itutulak nito ang magnet palabas ng coil o pipigilan ang paggalaw nito.Kapag hinila ang magnet palabas ng coil, sa kabaligtaran, ang field na nilikha ng induction current ay aakitin ang coil, ibig sabihin, muling pigilan ang paggalaw nito.

Upang mailapat ang panuntunan ng Lenz upang matukoy ang direksyon ng inductive current $I_e$ sa circuit, kinakailangang sundin ang mga rekomendasyong ito.

1. Itakda ang direksyon ng mga linya ng magnetic induction $В↖(→)$ ng external magnetic field.
2. Alamin kung ang flux ng magnetic induction ng field na ito sa pamamagitan ng surface na nililimitahan ng contour ($∆Ф > 0$) o bumababa ($∆Ф
3. Itakda ang direksyon ng mga linya ng magnetic induction $В"↖(→)$ ng magnetic field ng induction current $I_i$. Dapat idirekta ang mga linyang ito, ayon sa panuntunan ng Lenz, sa tapat ng mga linya $В↖(→ )$, kung $∆Ф > 0$, at may parehong direksyon sa kanila kung $∆Ф
4. Alam ang direksyon ng mga linya ng magnetic induction $В"↖(→)$, tukuyin ang direksyon ng inductive current $I_i$ gamit ang panuntunan ng gimlet.

Ang pisika ng kuryente ay isang bagay na dapat harapin ng bawat isa sa atin. Sa artikulo ay isasaalang-alang natin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito.

Ano ang kuryente? Para sa isang hindi pa nakakaalam, nauugnay ito sa isang flash ng kidlat o sa enerhiya na nagpapakain sa TV at washing machine. Alam niya kung ano ang gamit ng mga electric train. Ano pa ang masasabi niya? Ang mga linya ng kuryente ay nagpapaalala sa kanya ng ating pag-asa sa kuryente. Ang isang tao ay maaaring magbigay ng ilang iba pang mga halimbawa.

Gayunpaman, marami pang iba, hindi masyadong halata, ngunit pang-araw-araw na phenomena ay konektado sa kuryente. Ipinakilala sa atin ng pisika ang lahat ng mga ito. Nagsisimula kaming mag-aral ng kuryente (mga gawain, mga kahulugan at mga pormula) sa paaralan. At marami kaming natutunan na mga kawili-wiling bagay. Lumalabas na ang isang tumitibok na puso, isang tumatakbong atleta, isang natutulog na sanggol, at isang lumalangoy na isda ay lahat ay gumagawa ng elektrikal na enerhiya.

Mga electron at proton

Tukuyin natin ang mga pangunahing konsepto. Mula sa pananaw ng isang siyentipiko, ang pisika ng kuryente ay nauugnay sa paggalaw ng mga electron at iba pang mga sisingilin na particle sa iba't ibang mga sangkap. Samakatuwid, ang pang-agham na pag-unawa sa likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na interesado sa atin ay nakasalalay sa antas ng kaalaman tungkol sa mga atomo at ang kanilang mga bumubuo ng mga subatomic na particle. Ang maliit na elektron ay ang susi sa pag-unawang ito. Ang mga atom ng anumang sangkap ay naglalaman ng isa o higit pang mga electron na gumagalaw sa iba't ibang mga orbit sa paligid ng nucleus, tulad ng pag-ikot ng mga planeta sa araw. Karaniwan sa isang atom ito ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus. Gayunpaman, ang mga proton, na mas mabigat kaysa sa mga electron, ay maaaring ituring na parang naayos sa gitna ng atom. Ang napakasimpleng modelo ng atom na ito ay sapat na upang ipaliwanag ang mga pangunahing kaalaman ng naturang kababalaghan gaya ng pisika ng kuryente.

Ano pa ang kailangan mong malaman? Ang mga electron at proton ay may parehong magnitude (ngunit magkaibang tanda), kaya sila ay naaakit sa isa't isa. Ang singil ng isang proton ay positibo at ang singil ng isang elektron ay negatibo. Ang isang atom na may mas marami o mas kaunting mga electron kaysa karaniwan ay tinatawag na isang ion. Kung hindi sapat ang mga ito sa isang atom, kung gayon ito ay tinatawag na positibong ion. Kung naglalaman ito ng labis sa kanila, kung gayon ito ay tinatawag na negatibong ion.

Kapag ang isang elektron ay umalis sa isang atom, nakakakuha ito ng ilang positibong singil. Ang isang elektron, na pinagkaitan ng kabaligtaran nito - isang proton, maaaring lumipat sa isa pang atom, o bumalik sa nauna.

Bakit iniiwan ng mga electron ang mga atomo?

Ito ay dahil sa ilang kadahilanan. Ang pinaka-pangkalahatan ay na sa ilalim ng impluwensya ng isang pulso ng liwanag o ilang panlabas na elektron, ang isang elektron na gumagalaw sa isang atom ay maaaring ma-knock out sa orbit nito. Pinapabilis ng init ang pag-vibrate ng mga atom. Nangangahulugan ito na ang mga electron ay maaaring lumipad palabas ng kanilang atom. Sa mga reaksiyong kemikal, lumilipat din sila mula sa atom patungo sa atom.

Ang mga kalamnan ay nagbibigay ng magandang halimbawa ng kaugnayan sa pagitan ng kemikal at elektrikal na aktibidad. Ang kanilang mga hibla ay kumukontra kapag nalantad sa isang de-koryenteng signal mula sa sistema ng nerbiyos. Pinasisigla ng electric current ang mga reaksiyong kemikal. Sila ay humantong sa pag-urong ng kalamnan. Ang mga panlabas na signal ng kuryente ay kadalasang ginagamit upang artipisyal na pasiglahin ang aktibidad ng kalamnan.

Konduktibidad

Sa ilang mga sangkap, ang mga electron sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field ay gumagalaw nang mas malaya kaysa sa iba. Ang mga naturang substance ay sinasabing may magandang conductivity. Tinatawag silang mga konduktor. Kabilang dito ang karamihan sa mga metal, pinainit na gas, at ilang likido. Ang hangin, goma, langis, polyethylene at salamin ay hindi magandang konduktor ng kuryente. Ang mga ito ay tinatawag na dielectrics at ginagamit upang i-insulate ang magagandang conductor. Ang mga ideal na insulator (ganap na hindi konduktibo) ay hindi umiiral. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga electron ay maaaring alisin mula sa anumang atom. Gayunpaman, ang mga kundisyong ito ay kadalasang napakahirap matugunan na, mula sa praktikal na pananaw, ang mga naturang sangkap ay maaaring ituring na hindi konduktibo.

Ang pagkilala sa isang agham tulad ng "Elektrisidad"), nalaman namin na mayroong isang espesyal na grupo ng mga sangkap. Ito ay mga semiconductor. Bahagyang kumikilos sila bilang mga dielectric at bahagyang bilang mga konduktor. Kabilang dito, sa partikular: germanium, silikon, tansong oksido. Dahil sa mga katangian nito, ang semiconductor ay nakakahanap ng maraming mga aplikasyon. Halimbawa, maaari itong magsilbing electric valve: tulad ng balbula ng gulong ng bisikleta, pinapayagan nitong lumipat ang mga singil sa isang direksyon lamang. Ang ganitong mga aparato ay tinatawag na mga rectifier. Ginagamit ang mga ito sa mga miniature na radyo at malalaking power plant para i-convert ang AC sa DC.

Ang init ay isang magulong anyo ng paggalaw ng mga molekula o atomo, at ang temperatura ay isang sukatan ng intensity ng paggalaw na ito (para sa karamihan ng mga metal, habang bumababa ang temperatura, nagiging mas malaya ang paggalaw ng mga electron). Nangangahulugan ito na ang paglaban sa libreng paggalaw ng mga electron ay bumababa sa pagbaba ng temperatura. Sa madaling salita, ang kondaktibiti ng mga metal ay tumataas.

Superconductivity

Sa ilang mga sangkap sa napakababang temperatura, ang paglaban sa daloy ng mga electron ay ganap na nawawala, at ang mga electron, na nagsimulang lumipat, ay nagpapatuloy nito nang walang katiyakan. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na superconductivity. Sa mga temperatura na ilang degrees sa itaas ng absolute zero (-273°C), ito ay sinusunod sa mga metal tulad ng lata, tingga, aluminyo at niobium.

Mga generator ng Van de Graaff

Kasama sa kurikulum ng paaralan ang iba't ibang mga eksperimento sa kuryente. Mayroong maraming mga uri ng mga generator, ang isa ay nais naming pag-usapan nang mas detalyado. Ang Van de Graaff generator ay ginagamit upang makabuo ng napakataas na boltahe. Kung ang isang bagay na naglalaman ng labis na mga positibong ion ay inilagay sa loob ng isang lalagyan, ang mga electron ay lilitaw sa panloob na ibabaw ng huli, at ang parehong bilang ng mga positibong ion ay lilitaw sa panlabas na ibabaw. Kung hinawakan natin ngayon ang panloob na ibabaw na may isang sisingilin na bagay, kung gayon ang lahat ng mga libreng electron ay dadaan dito. Sa labas, mananatili ang mga positibong singil.

Ang mga positibong ion mula sa pinagmulan ay idineposito sa isang conveyor belt na dumadaan sa loob ng isang metal sphere. Ang tape ay konektado sa panloob na ibabaw ng globo sa tulong ng isang konduktor sa anyo ng isang suklay. Ang mga electron ay dumadaloy pababa mula sa panloob na ibabaw ng globo. Lumilitaw ang mga positibong ion sa panlabas na bahagi nito. Ang epekto ay maaaring mapahusay sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang generator.

Kuryente

Kasama rin sa kursong pisika ng paaralan ang isang konsepto tulad ng electric current. Ano ito? Ang electric current ay dahil sa paggalaw ng mga electric charge. Kapag ang isang electric lamp na nakakonekta sa isang baterya ay naka-on, ang kasalukuyang dumadaloy sa isang wire mula sa isang poste ng baterya patungo sa lampara, pagkatapos ay sa pamamagitan ng buhok nito, na nagiging sanhi ng pagkinang nito, at pabalik sa pangalawang wire patungo sa kabilang poste ng baterya. . Kung ang switch ay nakabukas, ang circuit ay magbubukas - ang kasalukuyang ay hihinto sa pag-agos, at ang lampara ay mawawala.

Paggalaw ng elektron

Ang kasalukuyang sa karamihan ng mga kaso ay isang nakaayos na paggalaw ng mga electron sa isang metal na nagsisilbing konduktor. Sa lahat ng mga konduktor at ilang iba pang mga sangkap ay palaging may ilang random na paggalaw na nangyayari, kahit na walang kasalukuyang dumadaloy. Ang mga electron sa matter ay maaaring medyo libre o malakas na nakagapos. Ang magagandang konduktor ay may mga libreng electron na maaaring gumalaw sa paligid. Ngunit sa mga mahihirap na konduktor, o mga insulator, karamihan sa mga particle na ito ay malakas na konektado sa mga atomo, na pumipigil sa kanilang paggalaw.

Minsan, natural o artipisyal, ang isang paggalaw ng mga electron sa isang tiyak na direksyon ay nilikha sa isang konduktor. Ang daloy na ito ay tinatawag na electric current. Ito ay sinusukat sa amperes (A). Ang mga ion (sa mga gas o solusyon) at "mga butas" (kakulangan ng mga electron sa ilang uri ng semiconductors) ay maaari ding magsilbi bilang kasalukuyang mga carrier. Ang huli ay kumikilos tulad ng mga carrier ng electric current na may positibong charge. Kailangan ang ilang puwersa upang ilipat ang mga electron sa isang direksyon o isa pa. Sa kalikasan ang mga pinagmumulan nito ay maaaring: pagkakalantad sa sikat ng araw, magnetic effect at mga kemikal na reaksyon. Ang ilan sa mga ito ay ginagamit upang makabuo ng kuryente. Kadalasan para sa layuning ito ay: isang generator na gumagamit ng mga magnetic effect, at isang cell (baterya) na ang pagkilos ay dahil sa mga reaksiyong kemikal.Ang parehong mga aparato , na lumilikha ay pinipilit ang mga electron na lumipat sa isang direksyon sa kahabaan ng circuit. Ang halaga ng EMF ay sinusukat sa volts (V). Ito ang mga pangunahing yunit ng kuryente.

Ang magnitude ng EMF at ang lakas ng kasalukuyang ay magkakaugnay, tulad ng presyon at daloy sa isang likido. Ang mga tubo ng tubig ay palaging napupuno ng tubig sa isang tiyak na presyon, ngunit ang tubig ay nagsisimula lamang sa pag-agos kapag ang gripo ay nakabukas.

Katulad nito, maaari itong konektado sa isang mapagkukunan ng EMF, ngunit ang kasalukuyang ay hindi dadaloy dito hanggang sa isang landas ay nilikha kung saan ang mga electron ay maaaring lumipat. Maaari itong, sabihin nating, isang electric lamp o isang vacuum cleaner, ang switch dito ay gumaganap ng papel ng isang gripo na "naglalabas" ng kasalukuyang.

Relasyon sa pagitan ng kasalukuyang at boltahe

Habang tumataas ang boltahe sa circuit, tumataas din ang kasalukuyang. Sa pag-aaral ng kursong pisika, nalaman namin na ang mga de-koryenteng circuit ay binubuo ng iba't ibang seksyon: karaniwang switch, conductor at device na kumukonsumo ng kuryente. Ang lahat ng mga ito, na magkakaugnay, ay lumikha ng isang paglaban sa electric current, na (ipagpalagay na ang isang pare-pareho ang temperatura) para sa mga sangkap na ito ay hindi nagbabago sa oras, ngunit naiiba para sa bawat isa sa kanila. Samakatuwid, kung ang parehong boltahe ay inilapat sa isang ilaw na bombilya at sa isang bakal, kung gayon ang daloy ng mga electron sa bawat isa sa mga aparato ay magkakaiba, dahil ang kanilang mga resistensya ay iba. Dahil dito, ang lakas ng kasalukuyang dumadaloy sa isang tiyak na seksyon ng circuit ay natutukoy hindi lamang sa pamamagitan ng boltahe, kundi pati na rin sa paglaban ng mga conductor at device.

Batas ni Ohm

Ang magnitude ng electrical resistance ay sinusukat sa ohms (Ohm) sa isang agham tulad ng physics. Ang kuryente (mga formula, kahulugan, eksperimento) ay isang malawak na paksa. Hindi kami kukuha ng mga kumplikadong formula. Para sa unang kakilala sa paksa, sapat na ang sinabi sa itaas. Gayunpaman, sulit pa ring kunin ang isang formula. Siya ay medyo hindi kumplikado. Para sa anumang konduktor o sistema ng mga konduktor at aparato, ang ugnayan sa pagitan ng boltahe, kasalukuyang at paglaban ay ibinibigay ng formula: boltahe = kasalukuyang x paglaban. Ito ang matematikal na pagpapahayag ng batas ng Ohm, na pinangalanan kay George Ohm (1787-1854), na siyang unang nagtaguyod ng kaugnayan ng tatlong parameter na ito.

Ang pisika ng kuryente ay isang napaka-kagiliw-giliw na sangay ng agham. Isinaalang-alang lamang namin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito. Natutunan mo kung ano ang kuryente, kung paano ito nabuo. Inaasahan namin na kapaki-pakinabang ang impormasyong ito.

Malapit na ang sesyon, at oras na para lumipat tayo mula sa teorya patungo sa pagsasanay. Sa katapusan ng linggo, naupo kami at naisip na maraming mga mag-aaral ang makabubuting magkaroon ng isang koleksyon ng mga pangunahing formula sa pisika. Mga tuyong formula na may paliwanag: maikli, maigsi, wala nang iba pa. Isang napaka-kapaki-pakinabang na bagay kapag nilulutas ang mga problema, alam mo. Oo, at sa pagsusulit, kapag ang eksaktong malupit na kabisado noong nakaraang araw ay maaaring "tumalon" sa aking ulo, ang gayong pagpili ay magsisilbing mabuti sa iyo.

Karamihan sa mga gawain ay karaniwang ibinibigay sa tatlong pinakasikat na seksyon ng pisika. Ito ay Mechanics, thermodynamics at Molekular na pisika, kuryente. Kunin natin sila!

Mga pangunahing formula sa dynamics ng physics, kinematics, statics

Magsimula tayo sa pinakasimpleng. Magandang lumang paboritong rectilinear at unipormeng paggalaw.

Mga kinematic na formula:

Siyempre, huwag nating kalimutan ang tungkol sa paggalaw sa isang bilog, at pagkatapos ay lumipat sa dinamika at mga batas ni Newton.

Pagkatapos ng dynamics, oras na upang isaalang-alang ang mga kondisyon para sa equilibrium ng mga katawan at likido, i.e. statics at hydrostatics

Ngayon ay binibigyan namin ang mga pangunahing pormula sa paksang "Trabaho at enerhiya". Saan tayo kung wala sila!

Mga pangunahing formula ng molecular physics at thermodynamics

Tapusin natin ang seksyon ng mechanics na may mga formula para sa vibrations at waves at magpatuloy sa molecular physics at thermodynamics.

Efficiency, Gay-Lussac's law, ang Clapeyron-Mendeleev equation - lahat ng sweet formula na ito ay kinokolekta sa ibaba.

Siya nga pala! Mayroong diskwento para sa lahat ng aming mga mambabasa 10% sa .

Mga pangunahing pormula sa pisika: kuryente

Oras na para lumipat sa kuryente, kahit na hindi gaanong gusto ito ng thermodynamics. Magsimula tayo sa electrostatics.

At, sa drum roll, tinatapos namin ang mga formula para sa batas ng Ohm, electromagnetic induction at electromagnetic oscillations.

Iyon lang. Siyempre, ang isang buong bundok ng mga formula ay maaaring ibigay, ngunit ito ay walang silbi. Kapag napakaraming formula, madali kang malito, at pagkatapos ay tuluyang matunaw ang utak. Umaasa kami na ang aming cheat sheet ng mga pangunahing formula sa pisika ay makakatulong sa iyong malutas ang iyong mga paboritong problema nang mas mabilis at mas mahusay. At kung gusto mong linawin ang isang bagay o hindi mo nakita ang formula na kailangan mo: magtanong sa mga eksperto serbisyo ng mag-aaral. Ang aming mga may-akda ay nagpapanatili ng daan-daang mga formula sa kanilang mga ulo at nag-click sa mga gawain tulad ng mga mani. Makipag-ugnayan sa amin, at sa lalong madaling panahon ang anumang gawain ay magiging "masyadong matigas" para sa iyo.