Manyetik olaylar o zamandan beri bilinmektedir. Antik Dünya. Pusula 4500 yıl önce icat edildi. Avrupa'da MS 12. yüzyılda ortaya çıktı. Ancak, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantı ancak 19. yüzyılda keşfedildi ve manyetik alan.

bir manyetik alan 4 - elektro bileşen manyetik alan zamanla değişen bir varlığın varlığında ortaya çıkan Elektrik alanı. Yüklü parçacıkların akımı veya atomlardaki elektronların manyetik momentleri (kalıcı mıknatıslar) tarafından zamanla değişen bir elektrik alanı oluşturulabilir.

19. yüzyılın bilim adamları, iki işaretin (örneğin, bir manyetik iğnenin kuzey N ve güney S kutupları) sözde manyetik yüklerini dikkate alarak, elektrostatik ile benzerlik kurarak bir manyetik alan teorisi oluşturmaya çalıştılar. Bununla birlikte, deneyimler, izole edilmiş manyetik yüklerin mevcut olmadığını göstermektedir.

Akımların manyetik alanı temel olarak elektrik alanından farklıdır. Bir manyetik alan, bir elektrik alanının aksine, yalnızca hareketli yükler (akımlar) üzerinde bir kuvvet etkisine sahiptir.

Manyetik alanı tanımlamak için, alanın kuvvet özelliğini, aşağıdakine benzer şekilde tanıtmak gerekir. vektörtansiyon E elektrik alanı. Böyle bir karakteristik, manyetik indüksiyon vektörü B'dir. Manyetik indüksiyon vektörü B, bir manyetik alandaki akımlara veya hareketli yüklere etki eden kuvvetleri tanımlar.

B vektörünün pozitif yönü, manyetik alana serbestçe yerleştirilen manyetik iğnenin S güney kutbundan kuzey kutbu N'ye olan yön olarak alınır. Böylece, küçük bir manyetik iğne kullanılarak bir akım veya kalıcı bir mıknatıs tarafından oluşturulan manyetik alanı inceleyerek, uzaydaki her noktada B vektörünün yönünü belirlemek mümkündür. manyetik alan. benzer şekilde kuvvet hatları elektrostatikte inşa edebilirsiniz manyetik indüksiyon hatları, B vektörünün teğetsel olarak yönlendirildiği her noktada. Kalıcı bir mıknatıs ve akımlı bir bobin alanlarının manyetik indüksiyon hatlarının bir örneği, Şek. 2.

Kalıcı bir mıknatısın manyetik alanlarının ve akımlı bir bobinin analojisine dikkat edin. Manyetik indüksiyon hatları her zaman kapalıdır, hiçbir yerde kırılmazlar. Bu, manyetik alanın kaynağı olmadığı anlamına gelir - manyetik yükler. Kuvvet alanları Bu özelliğe sahip olanlara denir girdap. Manyetik indüksiyonun resmi, manyetik bir alanda manyetize olan ve küçük manyetik iğneler gibi indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilen küçük demir talaşlarının yardımıyla gözlemlenebilir.

Manyetik alanı nicel olarak tanımlamak için, yalnızca vektör B'nin yönünü değil, aynı zamanda modülünü de belirlemek için bir yöntem belirtmek gerekir. Bunu yapmanın en kolay yolu, incelenen manyetik alana akım taşıyan bir iletken sokmak ve bu iletkenin ayrı bir düz bölümüne etki eden kuvveti ölçmektir. İletkenin bu bölümü, manyetik alan homojen olmayan bölgelerinin boyutlarına kıyasla yeterince küçük bir Δl uzunluğuna sahip olmalıdır. Ampère'in deneylerinin gösterdiği gibi, iletkenin kesitine etki eden kuvvet, akım kuvveti I, bu bölümün uzunluğu Δl ve akımın yönleri ile manyetik indüksiyon vektörü arasındaki α açısının sinüsü ile orantılıdır:

Genel durumda, Amper kuvveti şu bağıntı ile ifade edilir:

Tesla çok büyük bir birimdir. Dünyanın manyetik alanı yaklaşık olarak 0,5·10 -4 T'ye eşittir. Büyük bir laboratuvar elektromıknatısı 5 T'den fazla olmayan bir alan oluşturabilir.

Amper kuvveti, manyetik indüksiyon vektörü B'ye ve iletkenden geçen akımın yönüne dik olarak yönlendirilir. Amper kuvvetinin yönünü belirlemek için genellikle sol el kuralı: konumlandırılmışsa sol el böylece B indüksiyon çizgileri avuç içine girer ve uzanmış parmaklar akım boyunca yönlendirilir, daha sonra geri çekilen başparmak iletkene etki eden kuvvetin yönünü gösterecektir (Şekil 3).

B vektörünün yönleri ile iletkendeki akım arasındaki α açısı 90 ° 'den farklıysa, o zaman Amper kuvvetinin F yönünü belirlemek için kullanılması daha uygundur. gimlet kuralı: hayali jilet, B vektörünü ve akım ile iletkeni içeren düzleme dik olarak yerleştirilir, ardından kolu, akım yönünden B vektörünün yönüne döndürülür. Amper kuvveti F (Şekil 3). Gimlet kuralı genellikle denir sağ vida kuralı.

Çeşitli konfigürasyonlardaki doğru akımların manyetik alanı, Fransız bilim adamları J. Biot ve F. Savard (1820) tarafından deneysel olarak incelenmiştir. İletkenden akan akımların manyetik alanının indüksiyonunun, iletkenin tüm bireysel bölümlerinin ortak hareketi tarafından belirlendiği sonucuna vardılar. Manyetik alan itaat eder Üstüste binme ilkesi:

Manyetik alan, akım ile birkaç iletken tarafından oluşturulursa, ortaya çıkan alanın indüksiyonu, her iletken tarafından ayrı ayrı oluşturulan alanların indüksiyonlarının vektör toplamıdır.

Akım ile bir iletkenin indüksiyonu B, iletkenin ayrı bölümleri tarafından oluşturulan temel indüksiyonların bir vektör toplamı olarak temsil edilebilir.

Deneysel olarak, doğru akımlar her zaman kapalı olduğundan, iletkenin ayrı bir bölümünü akımla gerçekleştirmek imkansızdır. Tüm mevcut elemanlar tarafından oluşturulan manyetik alanın yalnızca toplam indüksiyonunu ölçmek mümkündür. Biot-Savart yasası I akımı olan iletkenin küçük bir Δl bölümü tarafından oluşturulan sonuçtaki manyetik alanın manyetik indüksiyonuna katkısını belirler.

Burada r, verilen Δl bölümünden gözlem noktasına olan mesafedir, α, gözlem noktasına olan yön ile bu bölümdeki akımın yönü arasındaki açıdır, μ 0 manyetik sabittir. Vektörün yönü belirlenir gimlet kuralı.

Amaç: kalıcı bir mıknatısın manyetik alanının indüksiyonunun ölçümü; manyetik indüksiyon hatlarının deneysel yapısı.

teorik giriş

Dünya yüzeyinin her noktasındaki manyetik iğne - (parazit yokluğunda) kesin olarak tanımlanmış bir yön alır: bir ucu yaklaşık olarak jeofizik kuzey yönünü ve diğer ucu ile güneyi gösterir. Manyetik iğnenin kuzeyi gösteren ucuna şartlı olarak kuzey (N) ve karşı ucuna güney (S) denir.

Eğer uzayın belli bir bölgesinde bir manyetik iğne, onu belli bir yöne çevirme eğiliminde olan kuvvetlerden etkileniyorsa, o zaman orada bir manyetik alan var deriz. Pusula iğnesinin manyetik alandaki davranışı (Dünya veya başka bir kaynak) girmenizi sağlar. manyetik indüksiyon hatları elektrik alanının kuvvet çizgilerine benzeterek. Bir anlamda bu daha da iyi: Okun kendisi, bulunduğu noktadaki alan çizgisinin yönünü gösterir. Manyetik alanın ana özelliği, manyetik indüksiyon vektörü geçen kuvvet çizgisine teğet verilen nokta. Bu değer, manyetik alanda belirli bir noktaya yerleştirilmiş sonsuz küçük bir manyetik iğnenin kuzey ucuna etki eden kuvvetle orantılıdır. Alanın farklı noktalarında, büyüklük ve yöndeki endüksiyon farklı değerlere sahiptir. Kuvvet çizgilerinin aksine manyetik indüksiyon çizgileri elektrostatik alan hep kapalıdır. Kuvvet çizgilerini kullanan manyetik alanın görüntüsü, yalnızca yön hakkında değil, aynı zamanda manyetik indüksiyonun büyüklüğü hakkında da bir fikir verir. Manyetik alanın yanı sıra elektrik alanının kuvvet çizgilerini, yüzeyin birim alanından geçen çizgilerin sayısı, manyetik indüksiyonun büyüklüğü ile orantılı olacak şekilde, yoğun bir şekilde çizmek gelenekseldir. bu yüzey içinde (yüzeyin yeterince küçük olduğu varsayılır). Aynı zamanda, manyetik indüksiyonun arttığı yerlerde, kuvvet çizgileri kalınlaşır ve zayıflama yerlerinde seyrekleşir.

Şekil 13.1, en basit manyetik alanların manyetik indüksiyon hatlarının görünümünü gösterir - doğrudan bir iletken ve bir solenoidin alanları. Manyetik indüksiyon çizgilerinin, bir alan oluşturan akım taşıyan bir iletkeni kapsadığı görülebilir. İletkenin yanında, iletkene dik düzlemlerde bulunurlar. Endüksiyon hatlarının yönü kural tarafından belirlenir. sağ vida (gile): pervazı iletkendeki akım yoğunluğu vektörü yönünde vidalarsanız, pervaz kolunun hareket yönü manyetik indüksiyon hatlarının yönünü gösterecektir.

Şekil 13.2, a, kalıcı bir çubuk mıknatısın alanının alan çizgilerini göstermektedir. Çizgilerin mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güneye girip mıknatısın içinde kapandığı genel olarak kabul edilir.

Tecrübelere dayanarak, zıt kutupların birbirini çektiği, benzer kutupların ittiği tespit edilmiştir. Bu anlamda mıknatısların etkileşimi, yüklü cisimlerin etkileşimine benzer. Pusula iğnesinin davranışı, kütlesinden dolayı Dünya'nın bir yerçekimi alanı olduğu gibi, karasal manyetizma olduğu anlamına gelir. Kuzeye bakan okun ucu kuzey kutbu olarak adlandırıldığından ve zıt kutuplar birbirini çektiğinden, güney manyetik kutbu Dünya'nın kuzey coğrafi kutbuna yakın bir yerde bulunur. Başka bir deyişle, Dünya'nın manyetik alanı (Dünya dışında) coğrafi güneyden kuzeye doğru yönlendirilir (Şekil 13.2.b).

Şekil 13.1, c ve 13.2, a'nın karşılaştırmasından, solenoidin dışındaki manyetik alanın bir çubuk mıknatısın manyetik alanına benzer olduğu görülebilir. Mıknatısın kuzey kutbu, bobinlerdeki akımın saat yönünün tersine gittiğinin görüldüğü solenoidin ucuna denk gelir. Kalıcı bir mıknatısın manyetik indüksiyon çizgileri kuzey kutbundan çıkar ve güneye girer. İlk bakışta, elektrostatik alanın çizgileriyle tam bir benzerlik var gibi görünüyor ve mıknatısın kutupları, bir manyetik alan oluşturan manyetik yüklerin rolünü oynuyor. Elektrostatik alan E, elektrik yükleri tarafından üretilir ve üzerlerine etki eder ve sembolik olarak şu şekilde gösterilir:

elektrik yükü → → elektrik yükü.

Bir mıknatısın iki kutbu simetrik bir ilişki önerir:

manyetik yük → → manyetik yük.

Bununla birlikte, manyetik ve elektriksel fenomenler arasındaki simetrinin o kadar basit olmadığı ortaya çıktı. Temel yüklü parçacıklar olduğu için ayrı cisimler yalnızca pozitif veya yalnızca negatif olarak yüklenebilirse - iki elektrik yükünün taşıyıcıları farklı şekiller, - o zaman manyetik kutuplardan birini zıt kutuplardan ayırmak imkansızdır. Bir mıknatısı iki parçaya bölerseniz, her parça yine uçlarında zıt kutuplara sahip bağımsız bir mıknatıs gibi davranacaktır (Şekil 13.3).

Bölerken, mıknatısı tek tek atomlara ayırdığımız noktaya ulaşırsak ne olur? O zaman kuzey kutbunu güneyden ayırmak mümkün müdür? Hayır, tek tek atomlar bile mikroskobik ama yine de kuzey ve güney kutupları olan "tam teşekküllü" mıknatıslar gibi davranır. Bireysel temel parçacıkların (örneğin elektronlar) bile mikromıknatıslar olduğu ortaya çıktı. Şu anda, doğada elektrik yüklerine benzer ayrı manyetik yüklerin (monopollerin) bulunabileceğine dair hiçbir deneysel kanıt yoktur. Elektrik yüklerinden farklı olarak, doğada serbest manyetik “yükler” yoktur. Kutuplarda da yoklar. kalıcı mıknatıslar. Bu nedenle, manyetik indüksiyon hatları kutuplardan kopamaz.

Şerit mıknatısların ve solenoidlerin manyetik alanları arasındaki tam bir analoji, Fransız fizikçi A. Ampère'in (1821-1822) kalıcı mıknatısların manyetik özelliklerinin, içlerinde bulunan mikro akımlardan kaynaklandığı hipotezini ifade etmesine olanak sağladı. Ampere, bu mikro akımların doğası ve doğası hakkında hiçbir şey söyleyemedi, çünkü o zamanlar maddenin yapısı teorisi henüz emekleme aşamasındaydı. Ancak elektronun keşfinden ve atomların ve moleküllerin yapısının aydınlatılmasından sonra, yani neredeyse 100 yıl sonra, Ampere'nin hipotezi parlak bir şekilde doğrulandı ve maddenin manyetik özellikleri hakkındaki modern fikirlerin temelini oluşturdu. Ampere'nin varsayımsal mikro akımları basit ve net bir yorum aldı: elektronların atomlardaki, moleküllerdeki ve iyonlardaki hareketi ile ilişkilidirler.

Manyetik alanın elektrik yüklerini hareket ettirerek üretildiği ve sırayla onları etkilediği ortaya çıktı, böylece şemamız şu şekli aldı:

hareketli elektrik yükü → → hareketli elektrik yükü.

Günlük hayatta, genellikle küçük şeylerle ilgileniriz. elektrostatik yükler. Aynı zamanda, küçük bir akımda bile iletkenin enine kesitinden akan yük, metaldeki büyük elektron konsantrasyonu nedeniyle büyüktür. Bu nedenle, ilk olması şaşırtıcı değildir. deneysel gözlemler elektrik bağlantısı ve manyetik fenomenşu şekilde uygulandı:

elektrik akımı → → elektrik akımı.

Oku bu bağlantının deneysel bir teyidi olarak anlarsak, bunlardan ilki (akımla manyetik alan üretimi) Danimarkalı bilim adamı G. X. Oersted tarafından “gerçekleştirildi”.

1820'de Oersted, akım taşıyan iletkenlerin de manyetik bir iğne ile etkileştiğini deneysel olarak belirledi. Bir iletkenin yanına yerleştirilen manyetik iğnenin konumu, akımın büyüklüğü ve yönündeki bir değişiklikle değişir, ancak ok durağanlığa hiç tepki vermez elektrik ücretleri. Bundan gerçekten de, yalnızca hareketli elektrik yüklerinin (elektrik akımı) bir manyetik alan yaratma yeteneğine sahip olduğu ve sabit yüklerin etrafında yalnızca bir elektrostatik alanın var olduğu sonucuna varabiliriz. Sabit yükler nedeniyle elektrik alanı gibi, akım taşıyan iletkenlerin yakınında uzayda ortaya çıkan manyetik alan, madde türlerinden biridir.

Şimdi manyetik indüksiyon vektörünün nicel bir tanımını verelim. . Deneyler, bu alanda hareket eden yüklü bir parçacığa manyetik alandan etki eden kuvvetin aşağıdaki yasalara uyduğunu göstermektedir:

a) kuvvet her zaman parçacığın hız vektörüne diktir;

b) oran ücrete bağlı değildir q parçacıklar veya hızının modülü;

c) alanın belirli bir noktasında parçacık hızının yönünü değiştirirken, kuvvet modülü)'den maksimum değere değişir. F max sadece 'e değil, aynı zamanda verilen noktadaki değere de bağlıdır. güç özellikleri alanlar - manyetik indüksiyon vektörleri . Tanım olarak, vektörün modülü eşittir:

Yani manyetik indüksiyon manyetik alandan yüklü bir parçacık üzerine etki eden kuvvetin, parçacığın hızının yönü bu kuvvet maksimum olacak şekilde ise, yükün mutlak değerinin ve parçacığın hızının ürününe sayısal olarak eşittir. Vektör kuvvet vektörüne ve hız vektörüne ve vektörlere dik olarak yönlendirilir ve bir sağ üçlü oluşturun.

Formül (13.1) kullanılarak, içinde hareket eden yüklü bir parçacık üzerinde manyetik alandan etki eden kuvvet, ancak parçacık hızı vektöre dik ise bulunabilir. . Genel olarak, bu kuvvet şuna eşittir:

Kuvvet modülü:

, (13.3)

α vektörler arasındaki açıdır ve .

Kuvvet, yüklü parçacığın hızına dik olarak yönlendirilir ve parçacığa yalnızca normal ivme kazandırır, yani iş yapmaz ve yalnızca parçacığın yörüngesinde bir eğriliğe neden olur.

Formül (13.2) ile tanımlanan kuvvet, bir elektromanyetik alanda bir parçacık üzerine etki eden Lorentz kuvvetinin manyetik bileşenidir. Genel durumda, hem elektrik hem de manyetik alanlar bir parçacığa etki ettiğinde, Lorentz kuvveti adı verilen ortaya çıkan kuvvet, elektrik ve manyetik olmak üzere iki bileşenin toplamına eşittir:

. (13.4)

Bazen Lorentz kuvveti sadece kuvvetin manyetik bileşeni olarak anlaşılır. Lorentz kuvvetinin elektriksel ve manyetik bileşenlere bölünmesi görecelidir, yani bu bileşenler referans çerçevesinin seçimine bağlıdır.

İletkenlerde Elektrik şoku bir manyetik alanda bulunan Ampere kuvvetleri hareket eder. Akım taşıyan bir iletkenin küçük bir elemanına uygulanan amper kuvveti ben, eşittir vektör toplamı iletkende hareket eden akım taşıyıcıları üzerinde manyetik alan tarafından etki eden kuvvetler. İletkenin kesiti ise S, ve uzunluğu dl, daha sonra bu ciltte dV=Sdl konsantre dN=ndV=nSdl mevcut taşıyıcılar ( n akım taşıyıcılarının konsantrasyonudur). Onların toplam ücreti, nerede q 0, her bir mevcut taşıyıcının ücretidir. Seyahat hızı i-th akım taşıyıcısı, kaotik termal hareketin hızı ile yönlendirilmiş hareketin hızının toplamıdır: . Etki eden kuvvet i-indüksiyon ile manyetik alanın yanından gelen yük eşittir . İstenen Amper kuvveti, hepsi için kuvvetlerin toplamına eşittir. dN taşıyıcılar:

Burada, yük taşıyıcıların termal hareketinin rastgeleliği nedeniyle dikkate alınır. . Akım yoğunluğu ve akım gücü olduğundan, o zaman (13.5)'ten Amper kuvvetini elde ederiz:

, (13.6)

elektrik akımı yönünde çizilen akım elemanı vektörü nerede. Amper kuvveti değeri

, (13.6a)

burada α ve arasındaki açıdır.

İletken elemana etki eden kuvvet için bir ifade elde ettik. belirlemek için tam güç iletken üzerinde hareket ederek, uzunluğu boyunca (13.6) integralini almalıyız. Böyle bir entegrasyon, düzgün bir manyetik alanda düz bir iletken için önemsiz hale gelir:

, (13.7a)

burada α ve arasındaki açıdır. Amper kuvvetinin yönü kural tarafından belirlenir. vektör ürün: ileri hareket Sağdaki vida kuvvet vektörünün yönünü gösterecektir, eğer düzlemde ise ( , ) vidayı ile arasında döndürün.

Ampère yasasından (13.6) şu şekilde çıkar ki, akım ile iletken eleman manyetik indüksiyon hatlarına dik yerleştirilmişse kuvvet maksimumdur:

,

Böylece, manyetik indüksiyon, tek bir akım elemanına etki eden maksimum kuvvete sayısal olarak eşittir .

Manyetik alana akım yerleştirilmiş dikdörtgen bir devre olsun (Şekil 13.4). Çerçeve uzunluğunun kenarlarına etki eden kuvvetler a, resim düzleminde uzanan, birbirine eşittir ve resmin düzlemine dik bir düz çizgi boyunca zıt yönlerde yönlendirilir, böylece birbirlerini tamamen dengelerler. Uzunluğu olan kenarlar ben, 'ye diktir, böylece her biri eşit bir Amper kuvvetinden etkilenir. F=F 1 =F 2 =IlB. Bu kuvvetler zıt yönlerdedir, ancak bir düz çizgi boyunca yönlendirilmezler, konturu, düzlemi dik olacak şekilde döndürme eğilimindedirler (bu durumda, kontura birim normal vektörü paralel hale gelir, normal arasındaki açı paralel olur). ve sıfıra eşit olur: α=0; bu - çerçevenin denge konumu). Bir çift kuvvetin momenti ve eşittir

Buraya kadar akım taşıyan iletkenlerin oluşturduğu manyetik alanı inceledik. Ancak bir manyetik alan oluşur ve kalıcı mıknatıslar elektrik akımının olmadığı, yüklü parçacıkların iletken boyunca yönlendirilmiş bir hareket yapmaması anlamında. Oersted'in keşfinden önce bile kalıcı mıknatısların manyetik alanı, manyetik yükler Tıpkı elektrik yüklerinin bir elektrik alanı oluşturması gibi vücutta bulunur. Bir mıknatısın zıt kutupları, farklı işaretlerin manyetik yüklerinin konsantrasyonları olarak kabul edildi. Ancak ilk zorluk bu kutupları ayırmanın imkansızlığıydı. Çubuk mıknatısı kestikten sonra kuzey ve güney kutuplarını ayırmak mümkün değildi- her biri hem kuzey hem de Güney Kutbu. Manyetik yükler (“tekel”) arayışı bugüne kadar devam ediyor ve şimdiye kadar başarılı olamadı. Ampère daha doğal bir açıklama yaptı. Akımlı bir bobin, bir çubuk mıknatısın alanına benzer bir alan oluşturduğundan, Ampère, maddede, daha doğrusu atomlarda, dairesel bir hareket yapan ve böylece dairesel "atomik" akımlar yaratan yüklü parçacıklar.

Bu fikir, Rutherford'un daha sonra önerdiği atom modeliyle iyi bir uyum içindeydi. Normal durumdaki maddenin neden pratik olarak manyetik özellikler göstermediği de açıktır. Farklı "bobinlerin" alanlarının toplanabilmesi için, alanları aynı yönde olacak şekilde şekilde gösterildiği gibi düzenlenmelidir. Ancak termal hareket nedeniyle, yönleri birbirine göre tüm yönlerde rastgele yönlendirilir. Ve manyetik alanlar vektör yasasına göre toplandığı için toplam alan sıfıra eşittir. Bu, çoğu metal ve diğer maddeler için geçerlidir. Atomik akımları sıralamak yalnızca ferromıknatıs adı verilen belirli metallerde mümkündür. Onlarda manyetik özellikler çok belirgin bir şekilde kendini gösterir. Bakır ve alüminyum gibi birçok metal gözle görülür manyetik özellikler göstermez, örneğin manyetize edilemez. Çoğu ünlü örnek ferromagnet - demir. Bir atomun boyutuna göre oldukça geniş alanlar vardır (10 -6 -10 -4 cm) - etki alanları atomik akımların zaten kesin olarak sıralandığı. Bölgelerin kendileri birbirine göre rastgele yerleştirilir - metal mıknatıslanmaz. Bir manyetik alana yerleştirerek, alanları düzenli bir duruma aktarabiliriz - metali manyetize etmek için ve dış alanı kaldırarak manyetizasyonunu koruyacağız. Mıknatıslanma sürecinde, atomik akımların dış alan boyunca yönlendirildiği alanlar büyürken diğerleri azalır. Manyetik alanda akımı olan bir bobinin Ampère kuvveti tarafından döndürüldüğünü ve böylece manyetik alanının dış alan boyunca kurulduğunu gördük. Bu, bobinin işgal etmeye çalıştığı denge konumudur. Dış alan kapatıldıktan sonra atomik akımların yönü korunur. Bazı çelik kaliteleri manyetizasyonlarını çok sabit tutar - kalıcı mıknatıslar yapmak için kullanılabilirler. Diğer kaliteler kolayca yeniden mıknatıslanır, elektromıknatıs üretimi için uygundur. Bir solenoid içine bir ferromanyetik çubuk yerleştirilirse, içinde oluşturulan alan 10-20 bin kat artacaktır.

Böylece, bir manyetik alan her zaman bir elektrik akımı tarafından oluşturulur veya iletkenden akan, yükler atomikten çok daha büyük mesafeler boyunca hareket ettiğinde (bu tür akımlara denir makroskobik), veya mikroskobik(atomik) akımlar.

Dünyanın manyetik alanı. Manyetik alanın ilk gözlemlerinden biri ve uygulamalı amaçlar için kullanımı, Dünya'nın manyetik alanının tespitiydi. AT Antik Çin modern pusulalarda da yapılan kuzey yönü belirlemek için manyetik iğne (çubuk mıknatıs) kullanıldı. Açıkçası, Dünya'nın iç kısmında, küçük (yaklaşık 10 -4 T) bir manyetik alanın ortaya çıkmasına neden olan bazı akımlar vardır. Dünyanın dönüşü ile ilişkili olduğunu varsayarsak, içinde kendi ekseni etrafında dairesel akımlar vardır ve buna karşılık gelen manyetik alan (bir bobinin alanı gibi) Dünya'nın dönüş ekseni boyunca yönlendirilmelidir. İndüksiyon çizgileri resimde gösterildiği gibi görünmelidir.

Dünyanın kuzey manyetik kutbunun güney coğrafi kutbuna yakın olduğu görülebilir. İndüksiyon çizgileri uzayda birbirine yakındır ve yeryüzüne yakın yerlerde coğrafi meridyenler boyunca yönlendirilirler. Manyetik iğnenin kuzey ucunun ayarlandığı kuzey yönünde yanlarındadır. Bir başka önemli fenomen, Dünya'nın manyetik alanıyla bağlantılıdır. Büyük bir miktar uzaydan dünya atmosferine gelir temel parçacıklar, bazıları yüklendi. Manyetik alan, tehlikeli olabilecekleri alt atmosfere girmeleri için bir bariyer görevi görür. Lorentz kuvvetinin etkisi altındaki bir manyetik alandaki yüklü bir parçacığın hareketini göz önüne aldığımızda, manyetik alan indüksiyon çizgisi boyunca sarmal bir çizgi boyunca hareket etmeye başladığını gördük. Bu, üst atmosferdeki yüklü parçacıklara olan şeydir. Çizgiler boyunca hareket ederek kutuplara "ayrılırlar" ve coğrafi kutupların yakınında atmosfere girerler. Moleküllerle etkileşime girdiklerinde, kuzey ışıklarını oluşturan bir parıltı (atomlar tarafından ışığın yayılması) meydana gelir. Kutupsal olmayan enlemlerde gözlenmezler.

Tanjant ölçüm aletleri. Bilinmeyen bir manyetik alanın (örneğin, Dünya) indüksiyonunun büyüklüğünü ölçmek için, bu alanı bilinen bir manyetik alanla karşılaştırmanın bir yolunu önermek mantıklıdır. Örneğin, uzun bir ileri akım alanı ile. teğet yöntemi karşılaştırmak için bir yol sağlar. Bir noktada Dünya'nın manyetik alanının yatay bileşenini ölçmek istediğimizi varsayalım. Yanına ortası bu noktaya yakın ve uzunluğu uzaklığından çok daha büyük olacak şekilde uzun bir dikey tel yerleştirelim (şekil, üstten görünüm).

Akım telde akmıyorsa, gözlem noktasındaki manyetik iğne Dünya'nın alanı boyunca kurulacaktır (şekilde - yukarı, doğu boyunca). Teldeki akımı artıracağız. Ok sola sapmaya başlar. Mevcut alan V T göründüğünden, şekilde yatay olarak yönlendirilir. Tam alan, B ve B T vektörlerini toplama kuralının gerektirdiği gibi dikdörtgenin köşegeni boyunca yönlendirilir. Akım belirli bir I 0 değerine ulaştığında, okun oluşturduğu açı 45 0 olur. Bu, В З \u003d В Т eşitliğinin yerine getirildiği anlamına gelir, ancak В Т alanı bizim tarafımızdan bilinmektedir. Bir ampermetre ile x ve I 0 ölçerek V T'yi ve dolayısıyla V Z'yi hesaplayabilirsiniz. Koşul sağlandığı için yönteme tanjant adı verilir.

Sayfa 1

Sabit bir manyetik alanın indüksiyonu, o açısal hızıyla dönen kare bir çerçeve a X a kullanılarak ölçülür. Dönme ekseni manyetik alanın yönüne diktir.

Vakumda kapalı bir devre boyunca sabit bir manyetik alanın endüksiyonunun dolaşımı, bu devre tarafından sınırlanan yüzeyden geçen akıma eşittir, q0 ile çarpılır - Bu yasayı doğrulayan örnekler verin.

Sabit bir manyetik alanın endüksiyonunun değeri, çalışma dalgası kısaldıkça artan 0 1 - 5 kgf aralığındadır.

11.1.7 hakkında. Sabit bir manyetik alanın indüksiyonu, boyutları X a olan ve co açısal hızında dönen kare bir çerçeve kullanılarak ölçülür. Dönme ekseni manyetik alanın yönüne diktir.

Sabit bir manyetik alanın indüksiyonunu ölçmek için, hem koşullu olarak sabit sargılı dönüştürücüler hem de zorlamalı sargı hareketine sahip dönüştürücüler kullanılabilir.

Sabit bir manyetik alanın indüksiyonunu ölçmenin araçları, eşzamanlı veya geçici olmayan, doğrudan veya dolaylı karşılaştırmanın manyetik karşılaştırıcılarını içerir. Eşzamanlı dolaylı karşılaştırma karşılaştırıcıları, biri ölçülen alana, ikincisi bilinen bir endüksiyonlu alana yerleştirilmiş çalışma prensibi ve özellikleri bakımından aynı olan iki dönüştürücüye sahiptir. Çok zamanlı karşılaştırmanın karşılaştırıcıları, ölçülen ve bilinen alana dönüşümlü olarak yerleştirilmiş bir dönüştürücüye sahiptir. Çalışma prensibine göre dönüştürücüler farklı olabilir: elektromekanik, indüksiyon, galvanomanyetik. Eşzamanlı dolaylı karşılaştırma yöntemi için, endüktif veya elektromekanik dönüştürücüler kullanılarak doğruluk açısından daha iyi sonuçlar beklenebilir. Eşzamanlı doğrudan karşılaştırma yöntemi için galvanomanyetik (Hall) ve ferroindüktif dönüştürücüler kullanılır.

Milliteslameter G75, hava boşluklarında 1 ila 1000 mT aralığında birincil ölçüm dönüştürücünün (PMT) algılama elemanının (SE) düzlemine dik yönlendirilen her iki polaritenin sabit bir manyetik alanının indüksiyon vektörünün bileşenini ölçer, çeşitli elektrikli cihazların delikleri ve kanalları.

Ek olarak, yüksek stabilitesi ile büyük bir sabit manyetik alan indüksiyonuna sahip olmak gerekir. 0 6 - 0 7 t'ye kadar aralıktaki indüksiyon kalıcı mıknatıslar verir; elektromıknatıslar, daha yüksek endüksiyon değerleri elde etmenizi ve değiştirmenizi sağlar. Mıknatıs boşluğundaki alanın homojenliğini arttırmak için, alan düzeltmesi için kutuplarda yardımcı sargıların yanı sıra ferromanyetik malzemelerden yapılmış özel halkalar kullanılır. Elektromıknatıslarda manyetik alan gücünün stabilizasyonu, besleme akımı stabilizatörleri kullanılarak sağlanır; bazen alanı stabilize etmek için bir dönüş dedektörünün çıkışı kullanılır. Alanın gücünde ve homojenliğinde bir artışla, mıknatısın boyutu ve kütlesi artar (modern nem ölçerlerde 60 - 70 kg'a kadar); bu nedenle, elektromıknatıslarla karşılaştırıldığında, bir güç kaynağı ve dengeleyici cihazlar gerektirmeden nem ölçerin boyutlarını ve ağırlığını azaltmayı mümkün kılan kalıcı mıknatıslar sıklıkla tercih edilir. Solenoid tipi bobindeki radyo frekansı alanının tekdüzeliği çok zorlanmadan elde edilir; silindirik numunenin, bobinin ekseni ile çakışan bir eksene sahip olması ve boşluğunun hacminin %60'ından fazlasını kaplamaması yeterlidir. Numune, kalibre edilmiş bir cam tüpten veya bir tüpten yapılmış bir test tüpünde bobine verilir. katı dielektrik. Genellikle, çıplak olarak yerleştirmek üzere numune ile birlikte dikey ve yatay düzlemlerde tüpü hareket ettirmenize izin veren bir koordinat mekanizması sağlar. İndüktör ve tüm ölçüm salınım devresi yüksek kalite faktörüne sahip olmalıdır.

Josephson) sabit bir manyetik alanın indüksiyonunu ölçmek için kullanılır. Bu dönüştürücü, manyetik indüksiyonu ölçmek için hem doğrudan değerlendirme hem de doğrudan karşılaştırma cihazları için cihazların yapımında kullanılabilir.

Birincil ölçüm dönüştürücünün SE'si, SE plakasının düzlemine dik yönlendirilmiş sabit bir manyetik alanın indüksiyonuna maruz kaldığında, SE çıkışında bir voltaj ortaya çıkar. doğru akım, ölçülen indüksiyonla orantılı.

Prensipte, EPR spektrumu, frekans değiştirilerek ölçülebilir. değişken alan 5, sabit bir manyetik alan B0'ın sabit bir indüksiyonu veya sabit bir frekansta co'da değişen B0 ile.

2S0 temel durumundaki 25Mg atomlarının manyetik özelliklerinin manyetik rezonans yöntemiyle incelenmesi üzerine yapılan deneylerde, sabit manyetik alanın indüksiyonu 5 5 4 kG ve alternatif manyetik alanın frekansı v0 olduğunda rezonans enerji emilimi bulundu - 1 40 MHz.

Bir elektron spininin ve ilgili manyetik momentin mevcudiyeti [ yani, spin durumlarının dejenerasyonunu bir dış manyetik alan tarafından ortadan kaldırmayı ve bunlar arasında geçişleri indüklemeyi mümkün kılar. GHz; sabit bir manyetik alanın indüksiyonunun değer aralığı, elektron paramanyetik rezonansı olarak adlandırılan 0 34 - 1 25 T'dir. AT yabancı edebiyat Elektron spin rezonansı (ESR) terimi kullanılır, ancak söz konusu radyo spektroskopi yönteminde, spinorbital eşleşmeden kaynaklanan durumlar salt spin değildir, bu nedenle EPR veya hatta paramanyetik rezonans adı daha uygundur.

Bobin hesaplanırken bobin alanının tepkisini hesaba katmak gerekir. Bobindeki akım, bobin tarafından oluşturulan alternatif manyetik indüksiyonun, kalıcı mıknatıs tarafından oluşturulan boşluktaki sabit manyetik alanın indüksiyonundan önemli ölçüde daha az olması için yeterince küçük olmalıdır.

Manyetodirençler, sabit ve alternatif manyetik alanların indüksiyonunu ölçmek için cihazlarda kullanılır. Bunları, ölçülen bir alternatif manyetik alanın indüksiyonunun etkisi altında dirençteki bir değişikliğin etkisinin ve bilinen bir sabit manyetik alanın indüksiyonunun karşılaştırıldığı, karşılaştırıcıların hassas elemanları olarak kullanılması umut vericidir. Ayrıca mantık cihazlarında, harmonik analizörlerde ve bir dizi başka cihazda da kullanılırlar - özellikle temassız dirençli dönüştürücülerin gerekli olduğu yerlerde.