Jak oddziałują dwa równoległe przewodniki, jeśli prąd elektryczny płynie w przeciwnych kierunkach?

Odpowiedź B

2. Siłę Lorentza oblicza się ze wzoru:

Odpowiedź B

3. Przy 3-krotnym wzroście indukcji magnetycznej i 3-krotnym spadku natężenia prądu siła działająca na przewodnik

Nie zmieni się, ponieważ ∆F = BI∆L = 3B*1/3 IL = BIL

4. Siła ampera działa na przewodnik z prądem wprowadzonym do pola magnetycznego:

Kierunek siły Ampera określa następująca zasada: jeśli skierujesz palce lewej ręki wzdłuż prądu, aby wektor prąd magnetyczny wszedł w dłoń, a następnie odłożony kciuk wskaże kierunek siły Ampere'a.

Prawidłowa odpowiedź to D

5. Jednorodna indukcja pole magnetyczne, który działa na przewód prosty o długości 4 m prądem 4A, umieszczony pod kątem 30 stopni do linii indukcji pola magnetycznego z siłą 1N, jest równy

Siła działająca na przewód przewodzący prąd w polu magnetycznym jest proporcjonalna do natężenia prądu w przewodzie I, indukcji magnetycznej B, długości przewodu L i sinusa kąta między kierunkiem prądu w przewodzie a kierunkiem wektor indukcji magnetycznej a (prawo Ampère'a):

F=B Lisina = 1H * 4 * 4 * sin 30° = 7,264

B \u003d F / (LIsina) \u003d 1 / (4 * 4 * 0,5) \u003d 0,1 T

6. Jak zmieni się częstotliwość i okres drgań wahadła matematycznego, gdy gwint zostanie zwiększony 6 ¼ razy?

Wahadło matematyczne - układ mechaniczny, składający się z punkt materialny zawieszony na nieważkości nierozciągliwej nici lub na nieważkim pręcie w polu grawitacyjnym. Okres małych drgań wahadła matematycznego o długości l w polu grawitacyjnym z przyspieszeniem swobodny spadek g jest

=2,5 razy

T2 = 2π pierwiastek kwadratowy z (6,25l/g)

Т2/Т1 = 2,5 razy

i nie zależy od amplitudy i masy wahadła.

Odpowiedź: 2,5 razy

7 .Jak zmieni się okres drgań w obwodzie oscylacyjnym, jeśli pojemność wzrośnie 2 razy, a indukcyjność cewki zmniejszy się 4 razy?

Odpowiedź: okres oscylacji wynosi t1 = 2π * (pierwiastek kwadratowy L1 * C1)

gdzie t1 jest początkowym okresem oscylacji;

L1 - indukcyjność początkowa;

C1 - pojemność początkowa;

Okres oscylacji po zmianach pojemności i indukcyjności wynosi t2 = 2π * (pierwiastek kwadratowy L2 * C2)

gdzie t2 jest okresem oscylacji po zmianach;

L2 = 4L1 - indukcyjność po zmianach;

C2 = 2C1 - pojemność po zmianach;

t2 \u003d 2π * (pierwiastek kwadratowy L2 * С2) \u003d 2π * (pierwiastek kwadratowy 1 / 4L1 * 2С1)

Określmy wielkość zmiany okresu oscylacji:

t2/t1 = 2π*(pierwiastek kwadratowy 4L1*2С1) / 2π*(pierwiastek kwadratowy L1*С1) =(pierwiastek kwadratowy 4L1*2С1) / (pierwiastek kwadratowy L1*С1)=

\u003d (pierwiastek kwadratowy 4 * 2) \u003d 2,8 razy

8. Zmiana ładunku kondensatora w skokach oscylacyjnych następuje zgodnie z prawem

Jaka jest częstotliwość oscylacji ładunku?

25

9. Maksymalny ładunek na płytach kondensatora kondensatora obwodu oscylacyjnego wynosi q \u003d 10 -4 C. Określ okres drgań w obwodzie, jeśli Im=0,1A.

Im = wq = q/(pierwiastek kwadratowy z (L*C)

gdzie Im jest obecną siłą;

q to maksymalna opłata;

L to indukcyjność cewki;

C to pojemność kondensatora

Stąd w = Im/q

T = 2π/w = 2πq*10(moc -4)/(0,1) = 0,0063

10. Dlaczego oscylacje w obwodzie oscylacyjnym są nazywane wolnymi?

Obwód oscylacyjny to układ oscylacyjny. Układ ten ma stan stabilnej równowagi, charakteryzujący się minimum energii pole elektryczne(kondensator nie jest naładowany). Sam układ dochodzi do tego stanu, zostaje z niego wyjęty (rozładowanie kondensatora) i przechodzi przez niego dzięki zjawisku samoindukcji. Dlatego w obwodzie mogą występować swobodne oscylacje.

UTRATA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W OBWODZIE ELEKTRYCZNYM OBLICZANIE FILTRÓW WYGŁADZAJĄCYCH TYPU LC OBLICZANIE MULTIWIBRATORA NA WZMACNIACZEJ PRACY W TRYBIE GOTOWOŚCI

Zmianę właściwości przestrzeni po wprowadzeniu do niej magnesów trwałych można interpretować jako obecność w przestrzeni materialnego pola magnetycznego, podobnego do pole elektrostatyczne wokół nieruchomej ładunki elektryczne. Zarówno pola elektrostatyczne, jak i magnetyczne są niewyczuwalne przez ludzkie zmysły, ale ich obecność można zarejestrować za pomocą najprostszego urządzenia - światła igła magnetyczna, montowane na osi, tj. za pomocą kompasu.

W początek XIX w. stwierdzono (H. Oersted), że przepływający przez przewodnik prąd elektryczny ma również wpływ orientujący na igłę kompasu (ryc. 5).

Z trzeciego prawa Newtona wynika: z jaką siłą przewodnik z prądem elektrycznym działa na strzałkę, z taką samą siłą w wartości bezwzględnej, jak strzałka działa na drut z prądem. Dlatego jeśli weźmiemy ciężki magnes i lekką cewkę o dużej liczbie zwojów, to cewka z prądem zaczyna się poruszać względem magnesu. Na tym opiera się działanie szkolnego amperomierza (patrz temat 17).

To odkrycie umożliwiło nawiązanie połączenia między elektrycznością a zjawiska magnetyczne oraz

zbuduj ujednolicony obraz o nazwie teoria pola elektromagnetycznego.

Obecnie ostatecznie ugruntowana została idea, że ​​działanie magnesów trwałych jest skumulowanym działaniem prądów molekularnych w materii (elektrony poruszające się po orbitach w cząsteczkach).

Pole magnetyczne może mieć różnorodny wpływ na inne obiekty fizyczne znajdujące się w tym polu. Mechaniczne oddziaływanie pola magnetycznego na inne ciała można scharakteryzować wektorem siły, a samo pole można scharakteryzować wektorem wielkość fizyczna nazywa Indukcja magnetyczna, który pozwala określić tę siłę. Indukcja magnetyczna jest oznaczona literą , mierzona w teslach (T).

Moduł wektora można określić za pomocą siły działającej na poruszający się ładunek swobodny lub przewodnik z prądem, gdzie ładunki poruszają się wzdłuż przewodnika, a także za pomocą momentu sił działających na ramkę, przez którą przepływa prąd.

Założymy, że w danym punkcie przestrzeni moduł wektora indukcji magnetycznej wynosi 1 Tesla (1 T), jeśli w tym punkcie na przewodzie przewodzącym prąd umieszczonym prostopadle do kierunku wektora (o innej orientacji, siła będzie mniejsza), przy natężeniu prądu 1 A na jednostkę długości przewodu (1 m), działa siła równa 1 N.

Zasada superpozycji pozwala na dodawanie wektorów indukcji magnetycznej i pól magnetycznych wytworzonych przez różne źródła, zgodnie z zasadami dodawania wektorów.

Indukcję pola magnetycznego można określić w dowolnym punkcie przestrzeni i w dowolnym czasie: .

Linie indukcji magnetycznej

Aby zwizualizować obraz zmiany wektora indukcji magnetycznej podczas przejścia z jednego punktu przestrzeni do drugiego, wprowadzono koncepcję linie wektora indukcji magnetycznej (linie siły pole magnetyczne). Nazywamy linię ciągłą, do której styczna w dowolnym punkcie określa kierunek wektora indukcji magnetycznej linia pola magnetycznego. Gęstość linii pola jest wprost proporcjonalna do modułu wektora indukcji magnetycznej.

Igły magnetyczne można zastąpić opiłkami żelaza, które są namagnesowane w polu tego magnesu i stają się małymi strzałkami. (Trociny są wysypywane na karton, który jest umieszczony na magnesie. Gdy karton jest lekko wstrząśnięty, trociny są dobrze zorientowane.)

Nazywa się pole, w każdym punkcie, którego wektor indukcji magnetycznej jest stały pod względem wielkości i kierunku jednorodny

Źródłem pola magnetycznego są nie tylko magnesy trwałe, ale także przewodniki przewodzące prąd. Wzór linii pola magnetycznego utworzony przez stały magnes podkowy ( a), bezpośredni przewód z prądem ( b) i pierścień z drutu ( w), przez który przepływa prąd, pokazano na rysunku 9. Linie siły pola magnetycznego są liniami zamkniętymi. W przestrzeni kosmicznej magnesy trwałe idą z bieguna północnego na południe. Kierunek linii siły wokół prostego drutu z prądem jest określony przez regułę świdra (śruba obracająca się w prawo, korkociąg): jeśli kierunek ruch do przoduświder zbiega się z kierunkiem prądu w przewodzie, wówczas kierunek obrotu rękojeści świdra jest zbieżny z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej.

25. Prawo Biota-Savarta-Laplace'a jest prawem fizycznym określającym moduł wektora indukcji magnetycznej w dowolnym punkcie pola magnetycznego generowanego przez stały prąd elektryczny w pewnym rozważanym obszarze. Został założony eksperymentalnie w 1820 roku przez Biota i Savarta. Laplace przeanalizował to wyrażenie i wykazał, że za jego pomocą, w szczególności całkując, można obliczyć pole magnetyczne poruszającego się opłata punktowa, jeśli rozważymy ruch jednej naładowanej cząstki jako prąd. Siła pola magnetycznego. Bieżący element. Prawo-Bio-Savart-Laplace. Obliczanie natężenia pola magnetycznego cewki kołowej z prądem na swojej osi. Siła pola magnetycznego to stosunek siła mechaniczna, działającej na biegun dodatni magnesu testowego, do wartości jego masy magnetycznej lub siły mechanicznej działającej na biegun dodatni magnesu testowego o masie jednostkowej w danym punkcie pola. Napięcie jest reprezentowane przez wektor H mający kierunek wektora siły mechanicznej f. Bieżący element - wielkość wektora równa iloczynowi prądu przewodzenia wzdłuż przewód liniowy i nieskończenie mały segment tego przewodnika. Notatka. Bieżący element ma kierunek zgodny z kierunkiem tego segmentu. Prawo Biota-Savarta-Laplace'a jest prawem fizycznym określającym wektor indukcyjny pola magnetycznego wytwarzanego przez stały prąd elektryczny. 26.

Jak wiecie, prądy elektryczne wytwarzają wokół nich pole magnetyczne. Połączenie pola magnetycznego z prądem dało impuls do licznych prób wzbudzenia prądu w obwodzie za pomocą pola magnetycznego. To fundamentalne odkrycie dokonał genialnie w 1831 roku angielski fizyk M. Faraday, który odkrył to zjawisko Indukcja elektromagnetyczna. Mówi, że w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się strumień indukcji magnetycznej objęty tym obwodem, powstaje prąd elektryczny, zwany indukcją. Przytoczmy klasyczne eksperymenty Faradaya, za pomocą których odkryto zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Doświadczenie I (ryc. 1a). W przypadku elektrozaworu, który jest zamknięty na galwanometrze, popchnij lub pociągnij trwały magnes, wtedy w momentach jej wkładania lub wysuwania widzimy odchylenie igły galwanometru (występuje prąd indukcyjny); w tym przypadku odchylenia strzałki podczas wchodzenia i wychodzenia z magnesu mają przeciwne kierunki. Odchylenie igły galwanometru jest tym większe, im większa jest prędkość magnesu względem cewki. Podczas zmiany biegunów magnesu w eksperymencie zmieni się również kierunek odchylenia strzałki. Aby uzyskać prąd indukcyjny, można pozostawić magnes nieruchomy, następnie należy przesunąć elektromagnes względem magnesu. Doświadczenie II. Końce jednej z cewek, które są włożone jedna w drugą, są połączone z galwanometrem, a przez drugą cewkę przepływa prąd. W momentach włączenia lub wyłączenia prądu obserwuje się odchylenie igły galwanometru, a także w momentach jej spadku lub wzrostu, a także gdy cewki poruszają się względem siebie (ryc. 1b). Kierunki odchyleń igły galwanometru mają również przeciwne kierunki, gdy prąd jest włączany lub wyłączany, wzrasta lub maleje, cewki zbliżają się lub oddalają. Rys. 1 Analizując wyniki swoich licznych eksperymentów, Faraday doszedł do wniosku, że prąd indukcyjny występuje zawsze, gdy w eksperymencie przeprowadzana jest zmiana strumienia indukcji magnetycznej sprzężonej z obwodem. Na przykład, gdy zamknięta pętla przewodząca obraca się w jednolitym polu magnetycznym, pojawia się w niej również prąd indukcyjny - w tym przypadku indukcja pola magnetycznego w pobliżu pętli pozostaje stała i zmienia się tylko strumień indukcji magnetycznej przez pętlę. W wyniku eksperymentu stwierdzono również, że wartość prądu indukcyjnego jest bezwzględna nie zależy od metody zmiany strumienia indukcji magnetycznej, a jedynie zależy od szybkości jego zmiany(W eksperymentach Faradaya udowodniono również, że odchylenie igły galwanometru (natężenie prądu) jest tym większe, im większa jest prędkość magnesu lub szybkość zmiany natężenia prądu lub prędkość cewek). Odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej miało ogromne znaczenie, ponieważ dano mu możliwość uzyskania prąd elektryczny za pomocą pola magnetycznego. Odkrycie to dało związek między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, co później stało się impulsem do rozwoju teorii pola elektromagnetycznego.

Przewodnik przewodzący prąd w polu magnetycznym podlega siłom określanym za pomocą prawa Ampère'a. Jeśli przewodnik nie jest zamocowany (na przykład jedna ze stron obwodu jest wykonana w postaci ruchomej zworki, ryc. 1), wówczas pod działaniem siły Ampera będzie się poruszał w polu magnetycznym. Oznacza to, że pole magnetyczne działa, aby poruszyć przewodnik przewodzący prąd.

Aby obliczyć tę pracę, rozważ przewodnik o długości ja z prądem I (może się swobodnie poruszać), który jest umieszczony w jednolitym zewnętrznym polu magnetycznym, prostopadłym do płaszczyzny obwodu. Siłę, której kierunek wyznacza reguła lewej ręki, a wartość - prawem Ampère'a, oblicza się ze wzoru

Pod działaniem tej siły przewodnik będzie poruszał się równolegle do siebie na odcinku dx z pozycji 1 do pozycji 2. Praca wykonana przez pole magnetyczne jest równa

Dlatego ja dx=dS - obszar, przez który przewodnik porusza się w polu magnetycznym, BdS=dФ - strumień wektora indukcji magnetycznej, który przenika ten obszar. Oznacza,

Oznacza to, że praca polegająca na przesuwaniu przewodnika przewodzącego prąd w polu magnetycznym jest równa iloczynowi natężenia prądu i strumień magnetyczny, przez który przechodzi poruszający się dyrygent. Wzór ten obowiązuje również dla dowolnego kierunku wektora W.

Oblicz pracę przesuwania zamkniętej pętli za pomocą prąd stały Ja w polu magnetycznym. Założymy, że obwód M porusza się w płaszczyźnie rysunku i w wyniku nieskończenie małego przemieszczenia przesunie się do pozycji M ”pokazanej na rys. 2 linią przerywaną. Kierunek prądu w obwodzie ( zgodnie z ruchem wskazówek zegara) i pole magnetyczne (prostopadle do płaszczyzny rysunku - poza rysunkiem lub od nas) podano na ryc. Warunkowo dzielimy obwód M na dwa przewody połączone końcami: ABC i CDA.

Praca dA, którą wykonują siły Ampera podczas badanego ruchu obwodu w polu magnetycznym, jest równa sumie algebraicznej pracy przy poruszaniu przewodnikami ABC (dA 1) i CDA (dA 2), tj.

Siły przyłożone do sekcji CDA kształtu konturu ostre rogi z kierunkiem ruchu, więc praca przez nich wykonana dA 2 >0. Używając (1), stwierdzamy, że praca ta jest równa iloczynowi natężenia prądu I w naszym obwodzie i strumienia magnetycznego, przez który przechodzi przewodnik CDA. Przewodnik CDA krzyżuje się podczas swojego ruchu z przepływem dФ 0 przez powierzchnię, wykonaną w kolorze oraz przepływem dФ 2, który w końcowym położeniu wnika w kontur. Oznacza,

Siły działające na odcinek ABC konturu tworzą z kierunkiem ruchu kąty rozwarte, co oznacza, że ​​wykonywana przez nie praca wynosi dA 1<0. Проводник AВС пересекает при своем движении поток dФ 0 сквозь поверхность, выполненную в цвете, и поток dФ1, который пронизывает контур в начальном положении. Значит,

Podstawiając (3) i (4) do (2), znajdujemy wyrażenie na pracę elementarną:

Gdzie dФ 2 -dФ 1 \u003d dФ ”to zmiana strumienia magnetycznego przez obszar, który jest ograniczony przez obwód prądu.

Całkując wyrażenie (5), znajdujemy pracę wykonaną przez siły Ampera, przy skończonym dowolnym przemieszczeniu konturu w polu magnetycznym:

Oznacza to, że praca przesuwania zamkniętej pętli z prądem w polu magnetycznym jest równa iloczynowi natężenia prądu w pętli i zmiany strumienia magnetycznego sprzężonego z pętlą. Wyrażenie (6) jest prawdziwe dla konturu o dowolnym kształcie w dowolnym polu magnetycznym.

Siła Lorentza

Jeśli pole elektryczne działa zarówno na ładunek ruchomy, jak i spoczynkowy, to pole magnetyczne magnesu trwałego działa tylko na ładunek poruszający się.

Siła Lorentza to siła działająca w polu magnetycznym na ładunek elektryczny. q poruszanie się w przestrzeni z prędkością. Jego kierunek w przypadku, gdy opłata pozytywny i porusza się prostopadle do wektora indukcji magnetycznej, jest określony regułą lewej ręki

Jeśli cztery palce lewej ręki (od palca wskazującego do małego) są skierowane wzdłuż wektora prędkości, a linie pola magnetycznego wchodzą w dłoń, to kciuk w odległości 90 ° od pozostałych czterech palców w płaszczyźnie dłoń, pokazuje kierunek siły Lorentza. Wszystkie trzy wektory , , są wzajemnie prostopadłe.

Jeśli chcesz określić kierunek siły Lorentza dla ładunku ujemnego, musisz również użyć reguły lewej ręki, a następnie zmienić kierunek siły wynikowej o 180 °. Zatem przy tym samym kierunku prędkości ładunków w polu magnetycznym siła Lorentza będzie miała wzajemnie przeciwne kierunki dla ładunków dodatnich i ujemnych. . Zależy to również od kąta a między wektorem prędkości

R = m/qB.

Jeśli ładunek leci w jednorodne pole magnetyczne pod kątem a do wektora, to jego ruch będzie następował po spirali.

Moc wzmacniacza

Historycznie rozwinęło się, że siły działające na poruszający się swobodny ładunek elektryczny, na przykład jon lecący w próżni, i ładunek poruszający się w kierunku w przewodniku, prąd elektryczny, są rozdzielone. Natura tych sił jest taka sama w obu przypadkach, jednak w przypadku prądu elektrycznego w przewodniku ładunek nie może opuścić przewodnika, więc możemy mówić o sile działającej na przewodnik jako całość.

Siła amperowa to siła działająca na przewodzący prąd przewodnik umieszczony w polu magnetycznym.

Jeśli przewodnik przewodzący prąd jest ja ustawiony nad dłonią lewej ręki tak, aby wektor indukcji magnetycznej był do niej prostopadły i wszedł w dłoń, a cztery palce ręki ustawił zgodnie z kierunkiem prądu, wtedy zgięty kciuk wskazywałby kierunek siły Ampère (rys. 11). Kierunek siły Ampera pokrywa się z kierunkiem siły Lorentza, jeśli założymy, że cząstki dodatnie poruszają się w kierunku przepływu prądu (patrz rys. 11).

Moduł siły Ampera jest wprost proporcjonalny do natężenia prądu w przewodzie, moduł wektora indukcji magnetycznej, długość przewodu ja oraz sinus kąta a między kierunkiem przewodnika a kierunkiem wektora :

F A \u003d IlB grzech a

Jak widać ze wzoru, siła jest maksymalna, gdy a = 90°, tj. przewodnik znajduje się prostopadle do linii pola magnetycznego.

Jeśli dwa równoległe przewodniki są podłączone do źródła prądu, tak że przepływa przez nie prąd elektryczny, to w zależności od kierunku prądu w nich, przewodniki albo odpychają, albo przyciągają.

Wyjaśnienie tego zjawiska jest możliwe z punktu widzenia pojawienia się wokół przewodników specjalnego rodzaju materii - pola magnetycznego.

Siły, z którymi oddziałują przewodniki przewodzące prąd, nazywane są magnetyczny.

Pole magnetyczne- jest to szczególny rodzaj materii, której specyficzną cechą jest działanie na poruszający się ładunek elektryczny, przewodniki z prądem, ciała z momentem magnetycznym, z siłą zależną od wektora prędkości ładunku, kierunek natężenia prądu w przewodnika i kierunku momentu magnetycznego ciała.

Historia magnetyzmu sięga czasów starożytnych, do starożytnych cywilizacji Azji Mniejszej. To na terytorium Azji Mniejszej, w Magnezji, znaleziono skałę, której próbki przyciągały się do siebie. Zgodnie z nazwą obszaru takie próbki zaczęto nazywać „magnesami”. Każdy magnes w postaci pręta lub podkowy ma dwa końce, które nazywane są biegunami; właśnie w tym miejscu jego właściwości magnetyczne są najbardziej widoczne. Jeśli zawiesisz magnes na sznurku, jeden biegun zawsze będzie wskazywał północ. Kompas opiera się na tej zasadzie. Biegun północny magnesu wolnowiszącego nazywany jest biegunem północnym magnesu (N). Przeciwny biegun nazywany jest biegunem południowym (S).

Bieguny magnetyczne oddziałują ze sobą: jak bieguny odpychają, a w przeciwieństwie do biegunów przyciągają. Podobnie pojęcie pola elektrycznego otaczającego ładunek elektryczny wprowadza pojęcie pola magnetycznego wokół magnesu.

W 1820 r. Oersted (1777-1851) odkrył, że igła magnetyczna znajdująca się obok przewodnika elektrycznego odchyla się, gdy prąd przepływa przez przewodnik, to znaczy, że wokół przewodnika przewodzącego prąd powstaje pole magnetyczne. Jeśli weźmiemy ramkę z prądem, to zewnętrzne pole magnetyczne oddziałuje z polem magnetycznym ramy i ma na nią wpływ orientujący, tj. jest pozycja ramy, w której zewnętrzne pole magnetyczne ma maksymalny wpływ na obrót i jest pozycja, w której siła momentu obrotowego wynosi zero.

Pole magnetyczne w dowolnym punkcie można scharakteryzować za pomocą wektora B, który nazywa się wektor indukcji magnetycznej lub Indukcja magnetyczna w punkcie.

Indukcja magnetyczna B jest wektorową wielkością fizyczną, która jest siłą charakterystyczną dla pola magnetycznego w punkcie. Jest on równy stosunkowi maksymalnego momentu mechanicznego sił działających na pętlę z prądem umieszczonym w jednorodnym polu do iloczynu natężenia prądu w pętli i jego powierzchni:

Za kierunek wektora indukcji magnetycznej B przyjmuje się kierunek dodatniej normalnej do ramy, która jest związana z prądem w ramie regułą prawej śruby, z momentem mechanicznym równym zero.

W ten sam sposób, w jaki przedstawiono linie natężenia pola elektrycznego, przedstawiono linie indukcji pola magnetycznego. Linia indukcji pola magnetycznego jest linią urojoną, do której styczna pokrywa się z kierunkiem B w punkcie.

Kierunki pola magnetycznego w danym punkcie można również zdefiniować jako kierunek, który wskazuje

północny biegun igły kompasu umieszczony w tym miejscu. Uważa się, że linie indukcji pola magnetycznego skierowane są z bieguna północnego na południe.

Kierunek linii indukcji magnetycznej pola magnetycznego wytworzonego przez prąd elektryczny płynący przez prosty przewodnik określa reguła świdra lub prawej śruby. Za kierunek linii indukcji magnetycznej przyjmuje się kierunek obrotu łba śruby, który zapewniłby jej ruch postępowy w kierunku prądu elektrycznego (rys. 59).

gdzie n 01 = 4 Liczba Pi 10 -7 V s / (Am). - stała magnetyczna, R - odległość, I - natężenie prądu w przewodzie.

W przeciwieństwie do linii pola elektrostatycznego, które zaczynają się od ładunku dodatniego, a kończą na ujemnym, linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte. Nie znaleziono ładunku magnetycznego podobnego do ładunku elektrycznego.

Jedna tesla (1 T) jest traktowana jako jednostka indukcji - indukcja takiego jednolitego pola magnetycznego, w którym maksymalny moment obrotowy 1 Nm działa na ramę o powierzchni 1 m2, przez którą prąd 1 A płynie.

Indukcję pola magnetycznego można również określić na podstawie siły działającej na przewodnik przewodzący prąd w polu magnetycznym.

Na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła Ampère, której wartość określa wyrażenie:

gdzie ja jest aktualną siłą w przewodniku, ja- długość przewodnika, B jest modułem wektora indukcji magnetycznej i jest kątem między wektorem a kierunkiem prądu.

Kierunek siły Ampera można określić regułą lewej ręki: dłoń lewej ręki jest ustawiona tak, aby linie indukcji magnetycznej wchodziły do ​​dłoni, cztery palce są umieszczone w kierunku prądu w przewodzie, następnie zgięty kciuk pokazuje kierunek siły Ampera.

Biorąc pod uwagę, że I = q 0 nSv i podstawiając to wyrażenie do (3.21), otrzymujemy F = q 0 nSh/B sin a. Liczba cząstek (N) w danej objętości przewodnika wynosi N = nSl, to F = q 0 NvB sin a.

Wyznaczmy siłę działającą od strony pola magnetycznego na oddzielną naładowaną cząsteczkę poruszającą się w polu magnetycznym:

Siła ta nazywana jest siłą Lorentza (1853-1928). Kierunek siły Lorentza można określić regułą lewej ręki: dłoń lewej ręki jest ustawiona tak, aby linie indukcji magnetycznej wchodziły do ​​dłoni, cztery palce pokazują kierunek ruchu ładunku dodatniego, kciuk zgięty wskazuje kierunek siły Lorentza.

Siła oddziaływania między dwoma równoległymi przewodami, przez które przepływają prądy I 1 i I 2, jest równa:

gdzie ja- część przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym. Jeśli prądy są w tym samym kierunku, to przewodniki są przyciągane (ryc. 60), jeśli w przeciwnym kierunku są odpychane. Siły działające na każdy przewodnik są równe co do wielkości, przeciwnie do kierunku. Formuła (3.22) jest główną do określenia jednostki natężenia prądu 1 amper (1 A).

Właściwości magnetyczne substancji charakteryzują skalarna wielkość fizyczna - przenikalność magnetyczna, która pokazuje, ile razy indukcja B pola magnetycznego w substancji całkowicie wypełniającej pole różni się wartością bezwzględną od indukcji B 0 pola magnetycznego w próżni:

Zgodnie z ich właściwościami magnetycznymi wszystkie substancje dzielą się na diamagnetyczny, paramagnetyczny oraz ferromagnetyczny.

Rozważ naturę właściwości magnetycznych substancji.

Elektrony w powłoce atomów materii poruszają się po różnych orbitach. Dla uproszczenia uważamy te orbity za kołowe, a każdy elektron krążący wokół jądra atomowego można uznać za kołowy prąd elektryczny. Każdy elektron, podobnie jak prąd kołowy, wytwarza pole magnetyczne, które nazwiemy orbitalnym. Ponadto elektron w atomie ma własne pole magnetyczne, zwane polem spinowym.

Jeżeli po wprowadzeniu do zewnętrznego pola magnetycznego z indukcją B 0 wewnątrz substancji powstaje indukcja B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

W diamagnetyczny W materiałach przy braku zewnętrznego pola magnetycznego pola magnetyczne elektronów są kompensowane, a po wprowadzeniu ich do pola magnetycznego indukcja pola magnetycznego atomu staje się skierowana w kierunku pola zewnętrznego. Diamagnes jest wypychany z zewnętrznego pola magnetycznego.

Na paramagnetyczny materiałów indukcja magnetyczna elektronów w atomach nie jest całkowicie skompensowana, a atom jako całość okazuje się być jak mały magnes trwały. Zwykle w materii wszystkie te małe magnesy są zorientowane dowolnie, a całkowita indukcja magnetyczna wszystkich ich pól jest równa zeru. Jeśli umieścisz paramagnes w zewnętrznym polu magnetycznym, to wszystkie małe magnesy - atomy zaczną się obracać w zewnętrznym polu magnetycznym jak igły kompasu i pole magnetyczne w substancji wzrośnie ( n >= 1).

ferromagnetyczny są materiały, które są n„1. Tak zwane domeny, makroskopowe regiony spontanicznego namagnesowania, powstają w materiałach ferromagnetycznych.

W różnych domenach indukcja pól magnetycznych ma różne kierunki (ryc. 61) i w dużym krysztale

wzajemnie się kompensują. Gdy próbka ferromagnetyczna zostanie wprowadzona do zewnętrznego pola magnetycznego, granice poszczególnych domen przesuwają się tak, że zwiększa się objętość domen zorientowanych wzdłuż zewnętrznego pola.

Wraz ze wzrostem indukcji pola zewnętrznego B 0 wzrasta indukcja magnetyczna namagnesowanej substancji. Dla niektórych wartości B 0 indukcja zatrzymuje gwałtowny wzrost. Zjawisko to nazywa się nasyceniem magnetycznym.

Cechą charakterystyczną materiałów ferromagnetycznych jest zjawisko histerezy, polegające na niejednoznacznej zależności indukcji w materiale od indukcji zewnętrznego pola magnetycznego w miarę jego zmiany.

Pętla histerezy magnetycznej jest krzywą zamkniętą (cdc`d`c), wyrażającą zależność indukcji w materiale od amplitudy indukcji pola zewnętrznego z okresową raczej powolną zmianą tego ostatniego (ryc. 62).

Pętla histerezy charakteryzuje się następującymi wartościami B s , B r , B c . B s - maksymalna wartość indukcji materiału w B 0s ; B r - indukcja resztkowa, równa wartości indukcji w materiale, gdy indukcja zewnętrznego pola magnetycznego zmniejsza się od B 0s do zera; -B c i B c - siła koercji - wartość równa indukcji zewnętrznego pola magnetycznego niezbędnej do zmiany indukcji w materiale z resztkowej na zero.

Dla każdego ferromagnetyka istnieje taka temperatura (punkt Curie (J. Curie, 1859-1906), powyżej której ferromagnes traci swoje właściwości ferromagnetyczne.

Istnieją dwa sposoby na doprowadzenie namagnesowanego ferromagnetyka do stanu rozmagnesowania: a) ogrzanie powyżej punktu Curie i ochłodzenie; b) namagnesować materiał zmiennym polem magnetycznym o powoli malejącej amplitudzie.

Ferromagnesy o niskiej indukcji szczątkowej i sile koercji nazywane są magnetycznie miękkim. Znajdują zastosowanie w urządzeniach, w których ferromagnes musi być często przemagnesowywany (rdzenie transformatorów, generatorów itp.).

Do produkcji magnesów trwałych stosuje się magnetycznie twarde ferromagnesy, które mają dużą siłę koercji.

Prawo Ampère'a ustala, że ​​na przewodnik przewodzący prąd umieszczony w jednorodnym polu magnetycznym, którego indukcja wynosi B, działa siła proporcjonalna do natężenia prądu i indukcji pola magnetycznego:

F=BI ja sina (a jest kątem między kierunkiem prądu a indukcją pola magnetycznego). Ten Formuła prawa Ampère'a okazuje się być prawidłowy dla przewodnika prostoliniowego i jednorodnego pola.

Jeśli przewodnik ma dowolny wzór, a pole jest niejednorodne, to Prawo Ampère'a przyjmuje postać:

dF = I*B*dlsina

Prawo Ampère'a w postaci wektorowej:

Siła Ampère'a jest skierowana prostopadle do płaszczyzny, w której leżą wektory dl i B.

Aby określić kierunek siły działającej na przewodzący prąd przewodnik umieszczony w polu magnetycznym, zasada lewej ręki.

Magní innyna ́ le - pole siłowe działające na poruszające się ładunki elektryczne oraz na ciała o Moment magnetyczny, niezależnie od stanu ich ruchu , komponent magnetyczny pole elektromagnetyczne

Można wytworzyć pole magnetyczne prąd naładowanych cząstek i/lub momenty magnetyczne elektrony w atomy(i momenty magnetyczne innych cząstek, choć w znacznie mniejszym stopniu) ( magnesy trwałe).

Ponadto pojawia się w obecności zmiennej w czasie pole elektryczne.

Główną charakterystyką mocy pola magnetycznego jest wektor indukcji magnetycznej (wektor indukcyjny pola magnetycznego) . Z matematycznego punktu widzenia - pole wektorowe, zdefiniowanie i konkretyzacja fizycznej koncepcji pola magnetycznego. Często wektor indukcji magnetycznej nazywany jest po prostu polem magnetycznym dla zwięzłości (chociaż prawdopodobnie nie jest to najbardziej rygorystyczne użycie tego terminu).

Inną podstawową cechą pola magnetycznego (alternatywna indukcja magnetyczna i ściśle z nią powiązana, praktycznie równa jej wartości fizycznej) jest potencjał wektorowy .

Pole magnetyczne można nazwać specjalnym rodzajem materii , dzięki której zachodzi interakcja między poruszającymi się naładowanymi cząstkami lub ciałami, które mają Moment magnetyczny.

Pola magnetyczne są konieczne (w kontekście szczególna teoria względności) jest konsekwencją istnienia pól elektrycznych.

Razem, magnetyczne i elektryczny formularz pól pole elektromagnetyczne, których przejawami są w szczególności światło i wszyscy inni fale elektromagnetyczne.

Elektryczność(I), przechodząc przez przewodnik, wytwarza pole magnetyczne (B) wokół przewodnika.

Z punktu widzenia kwantowej teorii pola oddziaływanie magnetyczne – jako przypadek szczególny oddziaływanie elektromagnetyczne niesione przez fundamentalne bezmasowe bozon - foton(cząstka, którą można przedstawić jako kwantowe wzbudzenie pola elektromagnetycznego), często (na przykład we wszystkich przypadkach pól statycznych) - wirtualna.

Aby uzyskać ilościowy opis pola magnetycznego, możesz użyć obwodu z prądem. Ponieważ obwód z prądem doświadcza orientującego działania pola, para sił działa na niego w polu magnetycznym, które wytwarza moment sił wokół pewnej ustalonej osi. Moment sił zależy zarówno od właściwości pola w danym punkcie, jak i od właściwości konturu. Dla płaskiego obwodu z prądem I wartość równa iloczynowi natężenia prądu I Na plac S ograniczony konturem nazywa się obwód moment magnetyczny p m .

Moment magnetyczny jest wielkością wektorową. Jego kierunek pokrywa się z kierunkiem dodatniej normalnej do konturu.

\(~\vec p_m = JEST \vec n,\)

gdzie \(~\vec n\) jest wektorem jednostkowym normalnej do płaszczyzny konturu.

Doświadczenie pokazuje, że moment obrotowy zależy od położenia obwodu w polu magnetycznym. Moment obrotowy jest równy 0, jeśli pole magnetyczne jest prostopadłe do płaszczyzny konturu (ryc. 2, a) i jest maksymalny, jeśli normalna do konturu jest prostopadła do pola magnetycznego (ryc. 2, b).

Maksymalny moment obrotowy, jak pokazuje doświadczenie, jest proporcjonalny do natężenia prądu I i obszar konturu ramy z prądem, tj.

\(~M_(maks.) \sim JEST .\)

Jeśli kontury o różnych momentach magnetycznych zostaną umieszczone w danym punkcie pola magnetycznego, to będą na nie działać różne momenty, ale stosunek \(~\frac(M_(max))(p_m)\) jest taki sam dla wszystkich konturów i dlatego może służyć jako charakterystyka pola magnetycznego, zwanego indukcją magnetyczną.

Indukcja magnetyczna- jest to wektorowa wielkość fizyczna, będąca siłą charakterystyczną pola magnetycznego, liczbowo równą maksymalnemu momentowi obrotowemu działającemu na obwód z jednostkowym momentem magnetycznym i skierowana wzdłuż dodatniej normalnej do obwodu.

Moduł indukcji magnetycznej jest równy

\(~B = \frac(M_(max))(IS) = \frac(M_(max))(p_m).\)

Jednostką indukcji magnetycznej w układzie SI jest tesla (T).

1 T \u003d N m / (A m 2) \u003d N / (A m) .

1 T- indukcja magnetyczna takiego jednorodnego pola, w którym moment 1 Nm działa na obwód z momentem magnetycznym 1 A m2.

Indukcja magnetyczna \(~\vec B\) całkowicie charakteryzuje pole magnetyczne. W każdym punkcie można znaleźć jego moduł i kierunek.

Pole, w każdym punkcie którego wielkość i kierunek indukcji magnetycznej są takie same (\(~\vec B = \operatorname(const)\)) , zwane jednolitym polem magnetycznym.

Jeśli pole magnetyczne jest generowane przez system n przewodniki z prądami, wtedy ma miejsce zasada superpozycji pól magnetycznych: indukcja magnetyczna pola układu prądów jest równa geometrycznej sumie indukcji magnetycznej pól każdego z prądów z osobna:

\(~\vec B = \vec B_1 + \vec B_2 + \ldots + \vec B_n = \sum_(i=1)^n \vec B_i .\)

Literatura

Aksenovich L. A. Fizyka w liceum: Teoria. Zadania. Testy: proc. dodatek dla instytucji świadczących usługi ogólne. środowiska, edukacja / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Wyd. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsy i vykhavanne, 2004. - C. 316-317.