خطوط میدان مغناطیسی خطوط میدان مغناطیسی چیست؟

یک میدان مغناطیسی - قدرت رشته ، بر روی بارهای الکتریکی متحرک و روی اجسام با مغناطیسی لحظه، صرف نظر از وضعیت حرکت آنها؛مغناطیسی جزء الکترومغناطیسی زمینه های .

خطوط میدان مغناطیسی خطوطی فرضی هستند که مماس های آن در هر نقطه از میدان در جهت با بردار القای مغناطیسی منطبق است.

برای یک میدان مغناطیسی، اصل برهم نهی معتبر است: در هر نقطه از فضا بردار القای مغناطیسی ب∑ → B∑→ایجاد شده در این نقطه توسط همه منابع میدان مغناطیسی برابر است با مجموع برداری بردارهای القای مغناطیسی Bk→ Bk→ایجاد شده در این نقطه توسط همه منابع میدان مغناطیسی:

28. قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. قانون جریان کل

فرمول قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس به این صورت است: وقتی جریان مستقیم از یک حلقه بسته واقع در خلاء عبور می کند، برای نقطه ای که در فاصله r0 از حلقه قرار دارد، القای مغناطیسی شکل خواهد داشت.

جایی که من جریان در مدار است

کانتور گاما که در آن ادغام صورت می گیرد

نقطه دلخواه r0

کل قانون فعلی این قانونی است که گردش بردار قدرت میدان مغناطیسی و جریان را به هم متصل می کند.

گردش بردار شدت میدان مغناطیسی در طول مدار برابر است با مجموع جبری جریان های تحت پوشش این مدار.

29. میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان. گشتاور مغناطیسی جریان دایره ای

30. اثر میدان مغناطیسی بر هادی حامل جریان. قانون آمپر تعامل جریان ها .

F = B I l sinα ,

جایی که α - زاویه بین بردارهای القای مغناطیسی و جریان،ب - القای میدان مغناطیسی،من - قدرت جریان در هادی،ل - طول هادی

تعامل جریان ها. اگر دو سیم به یک مدار DC وصل شوند، آنگاه: هادی های موازی و نزدیک به هم به صورت سری یکدیگر را دفع می کنند. هادی هایی که به صورت موازی به هم متصل هستند یکدیگر را جذب می کنند.

31. تأثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی بر بار متحرک. نیروی لورنتس

نیروی لورنتس - زور، با کدامیک میدان الکترومغناطیسی طبق کلاسیک (غیر کوانتومی) الکترودینامیک عمل می کند نقطه متهم ذره گاهی اوقات نیروی لورنتس به نیرویی گفته می شود که بر جسم متحرک با سرعت وارد می شود شارژ فقط از بیرون میدان مغناطیسی، اغلب قدرت کامل - از میدان الکترومغناطیسی به طور کلی به عبارت دیگر از بیرون برقی و مغناطیسی زمینه های.

32. تأثیر میدان مغناطیسی بر ماده. دیا، پارا و فرومغناطیس. هیسترزیس مغناطیسی

ب= ب 0 + ب 1

جایی که ب⃗ B→ - القای میدان مغناطیسی در ماده؛ ب⃗ 0 B→0 - القای میدان مغناطیسی در خلاء، ب⃗ 1 B→1 - القای مغناطیسی میدان ناشی از مغناطیسی شدن ماده.

موادی که نفوذپذیری مغناطیسی آنها کمی کمتر از واحد است (μ< 1), называются مواد دیامغناطیسی، کمی بیشتر از وحدت (μ > 1) - پارامغناطیس.

فرومغناطیس - ماده یا ماده ای که در آن پدیده ای مشاهده می شود فرومغناطیس، یعنی ظهور مغناطیس خود به خود در دمایی کمتر از دمای کوری.

مغناطیسی هیسترزیس - پدیده وابستگی ها بردار مغناطیس شدن و بردار قدرت مغناطیسی زمینه های V ماده نه فقط از جانب پیوست شده است خارجی زمینه های, ولی و از جانب زمینه از این نمونه

سرفصل های کد آزمون دولتی واحد: برهمکنش آهنرباها، میدان مغناطیسی یک هادی با جریان.

خواص مغناطیسی ماده از دیرباز برای مردم شناخته شده است. آهنرباها نام خود را از شهر باستانی مگنزیا گرفته اند: در مجاورت آن یک ماده معدنی معمولی وجود داشت (که بعدها سنگ آهن مغناطیسی یا مگنتیت نامیده شد) که قطعات آن اجسام آهنی را جذب می کرد.

برهم کنش آهنربایی

در دو طرف هر آهنربا وجود دارد قطب شمالو قطب جنوب. دو آهنربا توسط قطب های مخالف به یکدیگر جذب شده و توسط قطب های مشابه دفع می شوند. آهنرباها حتی از طریق خلاء هم می توانند روی یکدیگر اثر بگذارند! با این حال، همه اینها شبیه تعامل بارهای الکتریکی است برهمکنش آهنرباها الکتریکی نیست. این با حقایق تجربی زیر اثبات می شود.

با گرم شدن آهنربا، نیروی مغناطیسی ضعیف می شود. قدرت برهمکنش بارهای نقطه ای به دمای آنها بستگی ندارد.

اگر آهنربا تکان بخورد، نیروی مغناطیسی ضعیف می شود. چنین چیزی در مورد اجسام دارای بار الکتریکی اتفاق نمی افتد.

بارهای الکتریکی مثبت را می توان از بارهای منفی جدا کرد (مثلاً هنگام برق انداختن اجسام). اما جدا کردن قطب های آهنربا غیرممکن است: اگر آهنربا را به دو قسمت تقسیم کنید، قطب ها نیز در محل برش ظاهر می شوند و آهنربا به دو آهنربا با قطب های مخالف در انتها تقسیم می شود (دقیقاً به همان شکل جهت گیری می شود. به عنوان قطب های آهنربای اصلی).

بنابراین آهنربا همیشهدوقطبی، آنها فقط به شکل وجود دارند دوقطبی ها. قطب های مغناطیسی ایزوله (نامیده می شود تک قطبی های مغناطیسی- آنالوگ های بار الکتریکی) در طبیعت وجود ندارند (در هر صورت، آنها هنوز به طور تجربی کشف نشده اند). این شاید بارزترین عدم تقارن بین الکتریسیته و مغناطیس باشد.

مانند اجسام دارای بار الکتریکی، آهنرباها بر روی بارهای الکتریکی عمل می کنند. با این حال، آهنربا فقط روی آن عمل می کند در حال حرکتشارژ؛ اگر بار نسبت به آهنربا در حالت سکون باشد، اثر نیروی مغناطیسی روی بار مشاهده نمی شود. برعکس، یک جسم برق دار بدون توجه به اینکه در حال سکون باشد یا در حال حرکت، بر روی هر باری عمل می کند.

بر اساس مفاهیم مدرن تئوری برد کوتاه، برهمکنش آهنرباها از طریق انجام می شود میدان مغناطیسییعنی یک آهنربا میدان مغناطیسی را در فضای اطراف ایجاد می کند که روی آهنربای دیگری اثر می کند و باعث جاذبه یا دافعه قابل مشاهده این آهنرباها می شود.

نمونه ای از آهنربا است سوزن مغناطیسیقطب نما با استفاده از یک سوزن مغناطیسی، می توانید وجود یک میدان مغناطیسی در یک منطقه معین از فضا و همچنین جهت میدان را قضاوت کنید.

سیاره ما زمین یک آهنربای غول پیکر است. نه چندان دور از قطب شمال جغرافیایی زمین، قطب مغناطیسی جنوب قرار دارد. بنابراین، انتهای شمالی سوزن قطب نما که به سمت قطب مغناطیسی جنوبی زمین می چرخد، به شمال جغرافیایی اشاره می کند. نام "قطب شمال" آهنربا از اینجا آمده است.

خطوط میدان مغناطیسی

به یاد می آوریم که میدان الکتریکی با استفاده از بارهای آزمایشی کوچک مورد مطالعه قرار می گیرد که بر اساس آن می توان بزرگی و جهت میدان را قضاوت کرد. آنالوگ بار آزمایشی در مورد میدان مغناطیسی یک سوزن مغناطیسی کوچک است.

به عنوان مثال، می توانید با قرار دادن سوزن های قطب نما بسیار کوچک در نقاط مختلف فضا، بینش هندسی در مورد میدان مغناطیسی به دست آورید. تجربه نشان می دهد که فلش ها در امتداد خطوط خاصی قرار می گیرند - به اصطلاح خطوط میدان مغناطیسی. اجازه دهید این مفهوم را در قالب سه نکته زیر تعریف کنیم.

1. خطوط میدان مغناطیسی یا خطوط مغناطیسی نیرو، خطوط جهت دار در فضا هستند که دارای ویژگی زیر هستند: یک سوزن قطب نما کوچک که در هر نقطه از چنین خطی قرار می گیرد، مماس بر این خط است..

2. جهت خط میدان مغناطیسی جهت انتهای شمالی سوزن های قطب نما در نقاطی از این خط در نظر گرفته می شود..

3. هرچه خطوط متراکم تر باشند، میدان مغناطیسی در یک منطقه معین از فضا قوی تر است..

براده های آهن می توانند با موفقیت به عنوان سوزن های قطب نما عمل کنند: در یک میدان مغناطیسی، براده های کوچک مغناطیسی می شوند و دقیقاً مانند سوزن های مغناطیسی رفتار می کنند.

بنابراین، با ریختن براده های آهن به دور آهنربای دائمی، تقریباً تصویر زیر را از خطوط میدان مغناطیسی خواهیم دید (شکل 1).

برنج. 1. میدان مغناطیسی دائمی

قطب شمال آهنربا با رنگ آبی و حرف مشخص می شود. قطب جنوب - به رنگ قرمز و حرف . لطفاً توجه داشته باشید که خطوط میدان از قطب شمال آهنربا خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند: از این گذشته، انتهای شمالی سوزن قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا هدایت می شود.

تجربه ارستد

علیرغم اینکه پدیده های الکتریکی و مغناطیسی از زمان های قدیم برای مردم شناخته شده بود، برای مدت طولانی هیچ رابطه ای بین آنها مشاهده نشد. برای چندین قرن، تحقیقات در مورد الکتریسیته و مغناطیس به طور موازی و مستقل از یکدیگر انجام می شد.

این واقعیت قابل توجه که پدیده های الکتریکی و مغناطیسی در واقع به یکدیگر مرتبط هستند برای اولین بار در سال 1820 - در آزمایش معروف Oersted - کشف شد.

نمودار آزمایش ارستد در شکل 1 نشان داده شده است. 2 (تصویر از سایت rt.mipt.ru). بالای سوزن مغناطیسی (و قطب شمال و جنوب سوزن هستند) یک هادی فلزی متصل به منبع جریان وجود دارد. اگر مدار را ببندید، فلش عمود بر هادی می چرخد!
این آزمایش ساده مستقیماً رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس را نشان داد. آزمایش‌هایی که از آزمایش اورستد پیروی کردند، الگوی زیر را به‌طور محکم ایجاد کردند: میدان مغناطیسی توسط جریان های الکتریکی ایجاد می شود و بر روی جریان ها تأثیر می گذارد.

برنج. 2. آزمایش ارستد

الگوی خطوط میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک هادی حامل جریان به شکل هادی بستگی دارد.

میدان مغناطیسی یک سیم مستقیم حامل جریان

خطوط میدان مغناطیسی یک سیم مستقیم حامل جریان، دایره های متحدالمرکز هستند. مرکز این دایره ها روی سیم قرار دارند و صفحات آنها عمود بر سیم هستند (شکل 3).

برنج. 3. میدان سیم مستقیم با جریان

دو قانون جایگزین برای تعیین جهت خطوط میدان مغناطیسی رو به جلو وجود دارد.

قانون عقربه های ساعت. خطوط میدان در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌روند، اگر نگاه کنید تا جریان به سمت ما جاری شود.

قانون پیچ(یا قانون گیملت، یا قانون بستن چوب پنبه- این چیزی است که به کسی نزدیک تر است ;-)). خطوط میدان به جایی می روند که باید پیچ ​​را بچرخانید (با یک رزوه معمولی سمت راست) به طوری که در امتداد رزوه در جهت جریان حرکت کند..

از قانونی استفاده کنید که بیشتر برای شما مناسب است. بهتر است به قانون عقربه های ساعت عادت کنید - بعداً خواهید دید که استفاده از آن جهانی تر و آسان تر است (و سپس در سال اول خود، زمانی که هندسه تحلیلی مطالعه می کنید، آن را با سپاسگزاری به خاطر بسپارید).

در شکل 3 چیز جدیدی ظاهر شده است: این یک بردار است به نام القای میدان مغناطیسی، یا القای مغناطیسی. بردار القای مغناطیسی مشابه بردار قدرت میدان الکتریکی است: این بردار عمل می کند مشخصه قدرتمیدان مغناطیسی، تعیین نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی بارهای متحرک اثر می کند.

ما بعداً در مورد نیروهای میدان مغناطیسی صحبت خواهیم کرد، اما در حال حاضر فقط توجه می کنیم که مقدار و جهت میدان مغناطیسی توسط بردار القای مغناطیسی تعیین می شود. در هر نقطه از فضا، بردار در همان جهت هدایت می شود که انتهای شمالی سوزن قطب نما در یک نقطه معین قرار گرفته است، یعنی مماس بر خط میدان در جهت این خط. القای مغناطیسی در اندازه گیری می شود تسلا(TL).

همانطور که در مورد میدان الکتریکی، برای القای میدان مغناطیسی موارد زیر اعمال می شود: اصل برهم نهی. در این واقعیت نهفته است که القای میدان های مغناطیسی ایجاد شده در یک نقطه معین توسط جریان های مختلف به صورت برداری جمع می شوند و بردار حاصل از القای مغناطیسی را به دست می دهند:.

میدان مغناطیسی یک سیم پیچ با جریان

یک سیم پیچ دایره ای را در نظر بگیرید که جریان مستقیم از آن عبور می کند. منبعی که جریان را ایجاد می کند را در شکل نشان نمی دهیم.

تصویر خطوط میدان مدار ما تقریباً به صورت زیر خواهد بود (شکل 4).

برنج. 4. میدان یک سیم پیچ با جریان

برای ما مهم است که بتوانیم تعیین کنیم که میدان مغناطیسی به کدام نیمه فضا (نسبت به صفحه سیم پیچ) هدایت می شود. باز هم دو قانون جایگزین داریم.

قانون عقربه های ساعت. خطوط میدان به آنجا می روند و از جایی که به نظر می رسد جریان در خلاف جهت عقربه های ساعت در گردش است نگاه می کنند.

قانون پیچ. خطوط میدان به جایی می روند که پیچ (با یک رزوه معمولی سمت راست) در صورت چرخش در جهت جریان حرکت می کند..

همانطور که می بینید، جریان و میدان نقش تغییر می کنند - در مقایسه با فرمول بندی این قوانین برای مورد جریان مستقیم.

میدان مغناطیسی یک سیم پیچ جریان

کویلاگر سیم را محکم بپیچید و بچرخانید تا به یک مارپیچ به اندازه کافی بلند بپیچید، کار خواهد کرد (شکل 5 - تصویر از en.wikipedia.org). سیم پیچ ممکن است چندین ده، صدها یا حتی هزاران چرخش داشته باشد. سیم پیچ نیز نامیده می شود شیر برقی.

برنج. 5. سیم پیچ (سلونوئید)

همانطور که می دانیم میدان مغناطیسی یک چرخش خیلی ساده به نظر نمی رسد. زمینه های؟ چرخش های فردی سیم پیچ بر روی یکدیگر قرار می گیرند و به نظر می رسد که نتیجه باید یک تصویر بسیار گیج کننده باشد. با این حال، این چنین نیست: میدان یک سیم پیچ بلند ساختاری غیر منتظره ساده دارد (شکل 6).

برنج. 6. میدان سیم پیچ فعلی

در این شکل، جریان در سیم پیچ هنگام مشاهده از سمت چپ در خلاف جهت عقربه های ساعت جریان می یابد (این اتفاق می افتد اگر در شکل 5، انتهای سمت راست سیم پیچ به "پلاس" منبع جریان و انتهای سمت چپ به "" وصل شود. منهای"). می بینیم که میدان مغناطیسی سیم پیچ دو ویژگی مشخص دارد.

1. در داخل سیم پیچ، دور از لبه های آن، میدان مغناطیسی است همگن: در هر نقطه بردار القای مغناطیسی از نظر قدر و جهت یکسان است. خطوط میدانی خطوط مستقیم موازی هستند. وقتی بیرون می آیند فقط نزدیک لبه های سیم پیچ خم می شوند.

2. خارج از سیم پیچ میدان نزدیک به صفر است. هر چه تعداد دور سیم پیچ بیشتر باشد، میدان خارج از آن ضعیف تر است.

توجه داشته باشید که یک سیم پیچ بی نهایت طول به هیچ وجه میدان را به بیرون آزاد نمی کند: هیچ میدان مغناطیسی خارج از سیم پیچ وجود ندارد. در داخل چنین سیم پیچی، میدان همه جا یکنواخت است.

شما را به یاد چیزی نمی اندازد؟ سیم پیچ آنالوگ "مغناطیسی" یک خازن است. به یاد دارید که یک خازن یک میدان الکتریکی یکنواخت در داخل خود ایجاد می کند که خطوط آن فقط در نزدیکی لبه های صفحات خم می شوند و در خارج از خازن میدان نزدیک به صفر است. خازن با صفحات بی نهایت به هیچ وجه میدان را به بیرون آزاد نمی کند و میدان در همه جای آن یکنواخت است.

و اکنون - مشاهده اصلی. لطفاً تصویر خطوط میدان مغناطیسی خارج از سیم پیچ (شکل 6) را با خطوط میدان مغناطیسی در شکل مقایسه کنید. 1 . این همان چیزی است، اینطور نیست؟ و اکنون به سؤالی می رسیم که احتمالاً مدتهاست در ذهن شما ایجاد شده است: اگر میدان مغناطیسی توسط جریان ها ایجاد می شود و بر روی جریان ها تأثیر می گذارد، پس دلیل ظاهر شدن یک میدان مغناطیسی در نزدیکی آهنربای دائمی چیست؟ بالاخره این آهنربا به نظر نمی رسد که رسانایی با جریان باشد!

فرضیه آمپر جریان های ابتدایی

در ابتدا تصور می شد که برهمکنش آهنرباها با بارهای مغناطیسی خاصی که در قطب ها متمرکز شده اند توضیح داده می شود. اما، برخلاف الکتریسیته، هیچ کس نمی تواند بار مغناطیسی را جدا کند. از این گذشته ، همانطور که قبلاً گفتیم ، نمی توان قطب شمال و جنوب آهنربا را به طور جداگانه بدست آورد - قطب ها همیشه در یک آهنربا به صورت جفت وجود دارند.

شک در مورد بارهای مغناطیسی با آزمایش ارستد تشدید شد، زمانی که معلوم شد که میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی ایجاد می شود. علاوه بر این، مشخص شد که برای هر آهنربایی می توان رسانایی با جریانی با پیکربندی مناسب انتخاب کرد، به طوری که میدان این هادی با میدان آهنربا منطبق باشد.

آمپر یک فرضیه جسورانه را مطرح کرد. هیچ بار مغناطیسی وجود ندارد. عمل یک آهنربا با جریان های الکتریکی بسته در داخل آن توضیح داده می شود.

این جریانات چیست؟ اینها جریان های ابتداییگردش در داخل اتم ها و مولکول ها؛ آنها با حرکت الکترون ها در امتداد مدارهای اتمی مرتبط هستند. میدان مغناطیسی هر جسمی از میدان های مغناطیسی این جریان های ابتدایی تشکیل شده است.

جریان های اولیه را می توان به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار داد. سپس میدان های آنها متقابلاً لغو می شود و بدن خواص مغناطیسی از خود نشان نمی دهد.

اما اگر جریان های ابتدایی به صورت هماهنگ چیده شوند، میدان های آنها با جمع شدن، یکدیگر را تقویت می کنند. بدن به یک آهنربا تبدیل می شود (شکل 7؛ میدان مغناطیسی به سمت ما هدایت می شود؛ قطب شمال آهنربا نیز به سمت ما هدایت می شود).

برنج. 7. جریان آهنربای اولیه

فرضیه آمپر در مورد جریان های ابتدایی، خواص آهنرباها را روشن کرد. تفکیک ناپذیری قطب های آهنربا آشکار شده است: در نقطه ای که آهنربا بریده می شود، همان جریان های ابتدایی را در انتها دریافت می کنیم. توانایی یک جسم برای مغناطیسی شدن در یک میدان مغناطیسی با تراز هماهنگ جریان های ابتدایی که به درستی "چرخش" هستند توضیح داده می شود (در مورد چرخش یک جریان دایره ای در یک میدان مغناطیسی در صفحه بعدی بخوانید).

فرضیه آمپر درست بود - این با پیشرفت بیشتر فیزیک نشان داده شد. ایده های مربوط به جریان های ابتدایی به بخشی جدایی ناپذیر از نظریه اتم تبدیل شد که در قرن بیستم توسعه یافت - تقریباً صد سال پس از حدس درخشان آمپر.

> خطوط میدان مغناطیسی

نحوه تعیین خطوط میدان مغناطیسی: نمودار قدرت و جهت خطوط میدان مغناطیسی، با استفاده از قطب نما برای تعیین قطب های مغناطیسی، رسم.

خطوط میدان مغناطیسیبرای نمایش بصری قدرت و جهت میدان مغناطیسی مفید است.

هدف یادگیری

• قدرت میدان مغناطیسی را با چگالی خطوط میدان مغناطیسی مرتبط کنید.

نکات اصلی

• جهت میدان مغناطیسی نشان می دهد که سوزن های قطب نما خطوط میدان مغناطیسی را در هر نقطه مشخصی لمس می کنند.
• قدرت میدان B با فاصله بین خطوط نسبت معکوس دارد. همچنین دقیقاً متناسب با تعداد خطوط در واحد سطح است. یک خط هرگز از خط دیگر عبور نمی کند.
• میدان مغناطیسی در هر نقطه از فضا منحصر به فرد است.
• خطوط قطع نمی شوند و حلقه های بسته ایجاد می کنند.
• این خطوط از شمال به قطب جنوب کشیده شده است.

مقررات

• خطوط میدان مغناطیسی نمایشی گرافیکی از بزرگی و جهت میدان مغناطیسی هستند.
• میدان B مترادف میدان مغناطیسی است.

خطوط میدان مغناطیسی

گفته می شود که آلبرت انیشتین در کودکی دوست داشت به قطب نما نگاه کند و به این فکر می کرد که چگونه سوزن بدون تماس مستقیم فیزیکی نیرو را حس می کند. تفکر عمیق و علاقه جدی باعث شد که کودک بزرگ شود و نظریه نسبیت انقلابی خود را ایجاد کند.

از آنجایی که نیروهای مغناطیسی بر فواصل تأثیر می گذارند، میدان های مغناطیسی را برای نشان دادن این نیروها محاسبه می کنیم. گرافیک خطی برای تجسم قدرت و جهت میدان مغناطیسی مفید است. کشیده شدن خطوط نشان دهنده جهت شمالی سوزن قطب نما است. مغناطیسی میدان B نامیده می شود.

(الف) - اگر از قطب نما کوچکی برای مقایسه میدان مغناطیسی اطراف آهنربای میله ای استفاده شود، جهت صحیح را از قطب شمال به قطب جنوب نشان می دهد. (ب) – افزودن فلش ها خطوط میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد می کند. قدرت متناسب با مجاورت خطوط است. (ج) - اگر بتوانید داخل آهنربا را بررسی کنید، خطوط به صورت حلقه های بسته ظاهر می شوند

مقایسه میدان مغناطیسی یک جسم مشکلی ندارد. ابتدا قدرت و جهت میدان مغناطیسی را در چندین مکان محاسبه کنید. این نقاط را با بردارهایی که در جهت میدان مغناطیسی محلی با قدری متناسب با قدرت آن هستند علامت گذاری کنید. می توانید فلش ها را ترکیب کنید تا خطوط میدان مغناطیسی را تشکیل دهید. جهت در هر نقطه موازی با جهت نزدیکترین خطوط میدان خواهد بود و چگالی محلی می تواند متناسب با قدرت باشد.

خطوط میدان مغناطیسی شبیه خطوط کانتور در نقشه های توپوگرافی هستند زیرا چیزی پیوسته را نشان می دهند. بسیاری از قوانین مغناطیس را می توان با استفاده از مفاهیم ساده، مانند تعداد خطوط میدان در یک سطح، فرموله کرد.

جهت خطوط میدان مغناطیسی که با تراز براده های آهن بر روی کاغذ قرار داده شده در بالای آهنربا نشان داده می شود

نمایش خطوط تحت تأثیر پدیده های مختلفی قرار می گیرد. به عنوان مثال، براده های آهن در یک خط میدان مغناطیسی خطوطی را ایجاد می کنند که مطابق با خطوط مغناطیسی هستند. آنها همچنین به صورت بصری در شفق های قطبی نمایش داده می شوند.

قطب‌نمای کوچکی که به یک میدان فرستاده می‌شود، خود را به موازات خط میدان، با قطب شمال به سمت E قرار می‌دهد.

می توان از قطب نماهای مینیاتوری برای نشان دادن میدان ها استفاده کرد. (الف) - میدان مغناطیسی یک حلقه جریان دایره ای شبیه یک میدان مغناطیسی است. (ب) - یک سیم بلند و مستقیم میدانی را با خطوط میدان مغناطیسی تشکیل می دهد که حلقه های دایره ای شکل ایجاد می کند. ج) هنگامی که سیم در صفحه کاغذ قرار دارد، میدان عمود بر کاغذ بیرون می‌زند. توجه داشته باشید که کدام نمادها برای کادری که به داخل و خارج اشاره می کند استفاده می شود

مطالعه دقیق میدان های مغناطیسی به استخراج تعدادی از قوانین مهم کمک کرد:

• جهت میدان مغناطیسی خط میدان را در هر نقطه از فضا لمس می کند.
• شدت میدان متناسب با نزدیکی خط است. همچنین دقیقاً متناسب با تعداد خطوط در واحد سطح است.
• خطوط میدان مغناطیسی هرگز با هم برخورد نمی کنند، به این معنی که در هر نقطه از فضا، میدان مغناطیسی منحصر به فرد خواهد بود.
• خطوط پیوسته باقی می مانند و از شمال تا قطب جنوب ادامه دارند.

آخرین قانون بر این واقعیت استوار است که قطب ها را نمی توان از هم جدا کرد. و این با خطوط میدان الکتریکی متفاوت است که در آن پایان و آغاز با بارهای مثبت و منفی مشخص می شود.

بیایید با هم بفهمیم میدان مغناطیسی چیست. به هر حال، بسیاری از مردم تمام عمر خود را در این زمینه زندگی می کنند و حتی به آن فکر نمی کنند. وقت آن است که آن را درست کنید!

یک میدان مغناطیسی

یک میدان مغناطیسی- نوع خاصی از ماده. این خود را در عمل بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند (آهنربای دائمی) نشان می دهد.

مهم: میدان مغناطیسی بر بارهای ثابت تأثیر نمی گذارد! یک میدان مغناطیسی نیز با حرکت بارهای الکتریکی، یا توسط یک میدان الکتریکی متغیر با زمان، یا توسط گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد می شود. یعنی هر سیمی که جریان از آن عبور کند آهنربا هم می شود!

جسمی که میدان مغناطیسی خاص خود را دارد.

آهنربا دارای قطب هایی به نام شمال و جنوب است. عناوین "شمال" و "جنوب" فقط برای راحتی داده شده اند (مانند "به علاوه" و "منهای" در برق).

میدان مغناطیسی با نشان داده می شود خطوط برق مغناطیسی. خطوط نیرو پیوسته و بسته هستند و جهت آنها همیشه با جهت عمل نیروهای میدانی منطبق است. اگر براده های فلزی در اطراف آهنربای دائمی پراکنده شوند، ذرات فلز تصویر واضحی از خطوط میدان مغناطیسی که از قطب شمال خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند را نشان می دهند. ویژگی گرافیکی یک میدان مغناطیسی - خطوط نیرو.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی عبارتند از القای مغناطیسی, شار مغناطیسیو نفوذپذیری مغناطیسی. اما بیایید در مورد همه چیز به ترتیب صحبت کنیم.

اجازه دهید بلافاصله توجه داشته باشیم که تمام واحدهای اندازه گیری در سیستم داده شده است SI.

القای مغناطیسی ب - کمیت فیزیکی برداری، که مشخصه نیروی اصلی میدان مغناطیسی است. با حرف مشخص شده است ب . واحد اندازه گیری القای مغناطیسی - تسلا (T).

القای مغناطیسی با تعیین نیرویی که بر یک بار وارد می کند، نشان می دهد که میدان چقدر قوی است. این نیرو نامیده می شود نیروی لورنتس.

اینجا q - شارژ، v - سرعت آن در میدان مغناطیسی، ب - القاء، اف - نیروی لورنتس که میدان با آن بر روی بار عمل می کند.

اف- کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب القای مغناطیسی توسط مساحت مدار و کسینوس بین بردار القاء و نرمال به صفحه مداری که شار از آن عبور می کند. شار مغناطیسی یک مشخصه اسکالر میدان مغناطیسی است.

می توان گفت که شار مغناطیسی تعداد خطوط القای مغناطیسی را مشخص می کند که در یک واحد سطح نفوذ می کنند. شار مغناطیسی در اندازه گیری می شود Weberach (Wb).

نفوذپذیری مغناطیسی- ضریب تعیین کننده خواص مغناطیسی محیط. یکی از پارامترهایی که القای مغناطیسی میدان به آن بستگی دارد نفوذپذیری مغناطیسی است.

سیاره ما برای چندین میلیارد سال یک آهنربای بزرگ بوده است. القای میدان مغناطیسی زمین بسته به مختصات متفاوت است. در خط استوا تقریباً 3.1 ضربدر 10 به منهای توان پنجم تسلا است. علاوه بر این، ناهنجاری های مغناطیسی وجود دارد که مقدار و جهت میدان به طور قابل توجهی با مناطق مجاور متفاوت است. برخی از بزرگترین ناهنجاری های مغناطیسی در این سیاره - کورسکو ناهنجاری های مغناطیسی برزیل.

منشا میدان مغناطیسی زمین هنوز برای دانشمندان یک راز باقی مانده است. فرض بر این است که منبع میدان، هسته فلزی مایع زمین است. هسته در حال حرکت است، به این معنی که آلیاژ آهن و نیکل مذاب در حال حرکت است و حرکت ذرات باردار جریان الکتریکی است که میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. مشکل اینجاست که این نظریه ( ژئودینامو) توضیح نمی دهد که چگونه فیلد ثابت نگه داشته می شود.

زمین یک دوقطبی مغناطیسی عظیم است.قطب های مغناطیسی با قطب های جغرافیایی منطبق نیستند، اگرچه در مجاورت یکدیگر قرار دارند. علاوه بر این، قطب های مغناطیسی زمین حرکت می کنند. جابجایی آنها از سال 1885 ثبت شده است. به عنوان مثال، در طول صد سال گذشته، قطب مغناطیسی در نیمکره جنوبی تقریباً 900 کیلومتر جابجا شده است و اکنون در اقیانوس جنوبی قرار دارد. قطب نیمکره منجمد شمالی در حال حرکت از طریق اقیانوس منجمد شمالی به سمت شرق سیبری است. اکنون شتاب حرکت قطب ها وجود دارد - به طور متوسط ​​سرعت 3 کیلومتر در سال در حال افزایش است.

میدان مغناطیسی زمین برای ما چه اهمیتی دارد؟اول از همه، میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی محافظت می کند. ذرات باردار از اعماق فضا مستقیماً به زمین نمی افتند، بلکه توسط یک آهنربای غول پیکر منحرف می شوند و در امتداد خطوط نیروی آن حرکت می کنند. بنابراین، همه موجودات زنده از تشعشعات مضر محافظت می شوند.

چندین رویداد در طول تاریخ زمین رخ داده است. وارونگی ها(تغییرات) قطب های مغناطیسی. وارونگی قطب- این زمانی است که آنها مکان خود را تغییر می دهند. آخرین باری که این پدیده رخ داده حدود 800 هزار سال پیش بوده است و در کل بیش از 400 وارونگی ژئومغناطیسی در تاریخ زمین رخ داده است. باید انتظار وارونگی در چند هزار سال آینده را داشت.

خوشبختانه در قرن ما هنوز تغییر قطب انتظار نمی رود. این بدان معنی است که شما می توانید با در نظر گرفتن ویژگی ها و ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی به چیزهای خوشایند فکر کنید و از زندگی در میدان ثابت خوب قدیمی زمین لذت ببرید. و برای اینکه بتوانید این کار را انجام دهید، نویسندگان ما هستند که می توانید با اطمینان بخشی از مشکلات آموزشی را با اطمینان به آنها بسپارید! و انواع کارهای دیگر که می توانید با استفاده از لینک سفارش دهید.

هنگام اتصال دو هادی موازی به جریان الکتریکی، بسته به جهت (قطبی) جریان متصل، جذب یا دفع می شوند. این با پدیده ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف این هادی ها توضیح داده می شود. به این ماده میدان مغناطیسی (MF) می گویند. نیروی مغناطیسی نیرویی است که رساناها بر روی یکدیگر اثر می کنند.

نظریه مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا مطرح شد. در کوه‌های مگنزیا صخره‌ای خاص پیدا کردند که تکه‌های آن می‌توانستند جذب یکدیگر شوند. بر اساس نام محل به این سنگ «مغناطیسی» می گفتند. آهنربای میله ای شامل دو قطب است. خواص مغناطیسی آن به ویژه در قطب ها مشخص است.

آهنربایی که روی نخ آویزان است، کناره های افق را با قطب های خود نشان می دهد. قطب های آن به سمت شمال و جنوب خواهد رفت. دستگاه قطب نما بر اساس این اصل عمل می کند. قطب های مخالف دو آهنربا جذب می شوند و قطب های مشابه دفع می کنند.

دانشمندان کشف کرده اند که یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، زمانی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند، منحرف می شود. این نشان می دهد که یک MP در اطراف آن تشکیل شده است.

میدان مغناطیسی بر:

بارهای الکتریکی متحرک
موادی به نام فرومغناطیس: آهن، چدن، آلیاژهای آنها.

آهنرباهای دائمی اجسامی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی مشترک ذرات باردار (الکترون) هستند.

1 - قطب جنوب آهنربا
2 - قطب شمال آهنربا
3 - MP با استفاده از نمونه براده های فلزی
4 - جهت میدان مغناطیسی

خطوط نیرو زمانی ظاهر می شوند که آهنربای دائمی به ورق کاغذی نزدیک می شود که لایه ای از براده های آهن روی آن ریخته می شود. شکل به وضوح مکان قطب ها را با خطوط نیروی جهت دار نشان می دهد.

منابع میدان مغناطیسی

• میدان الکتریکی در طول زمان تغییر می کند.
• هزینه های موبایل
• آهنرباهای دائمی

ما از کودکی با آهنرباهای دائمی آشنا بودیم. آنها به عنوان اسباب بازی هایی استفاده می شدند که قطعات فلزی مختلفی را به خود جذب می کردند. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها را در اسباب بازی های مختلف ساخته بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند اغلب در مقایسه با آهنرباهای دائمی انرژی مغناطیسی بیشتری دارند.

خواص

• وجه تمایز اصلی و ویژگی میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر جسم باردار را در یک چارچوب مشخص بی حرکت رها کنید و یک سوزن مغناطیسی در نزدیکی آن قرار دهید، آنگاه به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال یک میدان خارجی را به جز میدان زمین احساس نمی کند. . و اگر حرکت یک جسم باردار را در نزدیکی فلش شروع کنید، یک MP در اطراف بدن ظاهر می شود. در نتیجه، مشخص می شود که MF تنها زمانی تشکیل می شود که یک بار خاص حرکت می کند.
• یک میدان مغناطیسی می تواند بر جریان الکتریکی تأثیر بگذارد و بر آن تأثیر بگذارد. با نظارت بر حرکت الکترون های باردار می توان آن را تشخیص داد. در یک میدان مغناطیسی، ذرات دارای بار منحرف می شوند، هادی هایی با جریان جریان حرکت می کنند. قاب با منبع جریان وصل شده شروع به چرخش می کند و مواد مغناطیسی در فاصله مشخصی حرکت می کنند. سوزن قطب نما اغلب به رنگ آبی است. این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال می رود، زیرا زمین دارای میدان مغناطیسی است. کل سیاره مانند یک آهنربای بزرگ با قطب های خود است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها توسط دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل تشخیص است. در انواع متغیر و دائمی موجود است. میدان متناوب معمولاً توسط سلف های خاصی ایجاد می شود که با جریان متناوب کار می کنند. یک میدان ثابت از یک میدان الکتریکی ثابت تشکیل می شود.

قوانین

بیایید قوانین اساسی برای به تصویر کشیدن میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیریم.

قانون گیملت

خط نیرو در صفحه ای به تصویر کشیده می شود که در زاویه 90 0 نسبت به مسیر حرکت جریان قرار دارد به طوری که در هر نقطه نیرو به صورت مماس بر خط هدایت می شود.

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قاعده گیملت با نخ سمت راست را به خاطر بسپارید.

گیملت باید در امتداد همان محور با بردار جریان قرار گیرد، دسته باید به گونه ای چرخانده شود که گیره در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیملت تعیین می شود.

قانون حلقه حلقه

حرکت انتقالی گیملت در یک هادی ساخته شده به شکل حلقه نشان می دهد که القاء چگونه با جریان جریان منطبق است.

خطوط نیرو در داخل آهنربا ادامه دارند و نمی توانند باز شوند.

میدان مغناطیسی منابع مختلف به یکدیگر اضافه می شود. با این کار میدان مشترکی ایجاد می کنند.

آهنرباهایی با قطب های یکسان دفع می کنند و آهنرباهای با قطب های متفاوت جذب می شوند. مقدار قدرت اندرکنش به فاصله بین آنها بستگی دارد. با نزدیک شدن به قطب ها، نیرو افزایش می یابد.

پارامترهای میدان مغناطیسی

• کوپلینگ جریان ( Ψ ).
• بردار القای مغناطیسی ( که در).
• شار مغناطیسی ( اف).

شدت میدان مغناطیسی با اندازه بردار القای مغناطیسی محاسبه می شود که به نیروی F بستگی دارد و توسط جریان I در امتداد رسانایی با طول تشکیل می شود. l: B = F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T)، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرده و روی روش های محاسبه آنها کار کرده است، اندازه گیری می شود. 1 T برابر با نیروی القای شار مغناطیسی است 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 در جهت میدان، با جریان یک آمپر:

1 T = 1 x H / (A x m).

قانون دست چپ

این قانون جهت بردار القای مغناطیسی را پیدا می کند.

اگر کف دست چپ در میدان قرار گیرد به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال در 90 0 وارد کف دست شوند و 4 انگشت در امتداد جریان جریان قرار گیرند، شست جهت نیروی مغناطیسی را نشان می دهد.

اگر هادی در یک زاویه متفاوت باشد، نیرو مستقیماً به جریان و برآمدگی هادی بر روی صفحه در زاویه قائم بستگی دارد.

نیرو به نوع ماده هادی و سطح مقطع آن بستگی ندارد. اگر هادی وجود نداشته باشد و بارها در یک محیط متفاوت حرکت کنند، نیرو تغییر نخواهد کرد.

هنگامی که بردار میدان مغناطیسی در یک جهت با یک قدر باشد، میدان یکنواخت نامیده می شود. محیط های مختلف بر اندازه بردار القایی تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی

القای مغناطیسی که از ناحیه معینی S می گذرد و محدود به این ناحیه است، یک شار مغناطیسی است.

اگر ناحیه با زاویه ای معین α نسبت به خط القاء متمایل شود، شار مغناطیسی به اندازه کسینوس این زاویه کاهش می یابد. بیشترین مقدار آن زمانی تشکیل می شود که ناحیه در زاویه قائمه با القای مغناطیسی باشد:

F = B * S.

شار مغناطیسی در یک واحد اندازه گیری می شود مانند "وبر"، که برابر است با جریان القای قدر 1 تبر اساس منطقه در 1 متر مربع.

شار

این مفهوم برای ایجاد یک مقدار کلی از شار مغناطیسی استفاده می شود که از تعداد معینی هادی واقع بین قطب های مغناطیسی ایجاد می شود.

در حالتی که همان جریان مناز طریق سیم پیچی با تعدادی پیچ n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط همه پیچ ها، پیوند شار است.

شار Ψ با وبر اندازه گیری می شود و برابر است: Ψ = n * Ф.

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری مغناطیسی تعیین می کند که چقدر میدان مغناطیسی در یک محیط خاص کمتر یا بیشتر از القای میدان در خلاء است. ماده ای مغناطیسی نامیده می شود که میدان مغناطیسی خود را تولید کند. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل به دست آوردن خواص مغناطیسی اجسام را مشخص کرده اند. بر اساس فرضیه دانشمندان، جریان های الکتریکی میکروسکوپی درون مواد وجود دارد. یک الکترون دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود است که ماهیت کوانتومی دارد و در امتداد مدار خاصی در اتم ها حرکت می کند. این جریان های کوچک هستند که خواص مغناطیسی را تعیین می کنند.

اگر جریان ها به طور تصادفی حرکت کنند، میدان های مغناطیسی ناشی از آنها خود جبران می شوند. میدان خارجی جریان ها را مرتب می کند، بنابراین یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. این مغناطیس شدن ماده است.

مواد مختلف را می توان بر اساس خواص برهمکنش آنها با میدان های مغناطیسی تقسیم کرد.

آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

پارامغناطیس ها- موادی که خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی دارند و پتانسیل کمی برای مغناطیس دارند. آنها قدرت میدان مثبت دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و غیره اشاره کرد.
آهنربای فری- موادی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در جهت و ارزش. آنها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده مشخص می شوند. قدرت میدان و دما بر حساسیت مغناطیسی آنها (اکسیدهای مختلف) تأثیر می گذارد.
فرومغناطیس ها- مواد با افزایش حساسیت مثبت، بسته به کشش و دما (کریستال های کبالت، نیکل و غیره).
دیامغناطیس ها- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی مقدار منفی حساسیت مغناطیسی، مستقل از ولتاژ. در صورت عدم وجود میدان، این ماده خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. این مواد عبارتند از: نقره، بیسموت، نیتروژن، روی، هیدروژن و سایر مواد.
ضد فرومغناطیس - دارای یک گشتاور مغناطیسی متعادل و در نتیجه درجه مغناطیسی کم ماده است. هنگامی که گرم می شود، یک انتقال فاز ماده رخ می دهد که در طی آن خواص پارامغناطیس ظاهر می شود. هنگامی که دما به زیر یک حد معین کاهش می یابد، چنین خواصی ظاهر نمی شود (کروم، منگنز).

آهنرباهای در نظر گرفته شده نیز به دو دسته دیگر طبقه بندی می شوند:

مواد مغناطیسی نرم . اجبار کم دارند. در میدان های مغناطیسی کم توان آنها می توانند اشباع شوند. در طول فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات جزئی را تجربه می کنند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته های دستگاه های الکتریکی که بر روی ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
مغناطیسی سختمواد. آنها نیروی اجباری فزاینده ای دارند. برای مغناطیس مجدد آنها، یک میدان مغناطیسی قوی لازم است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

خواص مغناطیسی مواد مختلف در پروژه ها و اختراعات مهندسی کاربرد دارد.

مدارهای مغناطیسی

ترکیبی از چندین ماده مغناطیسی را مدار مغناطیسی می گویند. آنها مشابه هستند و توسط قوانین مشابه ریاضی تعیین می شوند.

دستگاه های الکتریکی، اندوکتانس ها و غیره بر اساس مدارهای مغناطیسی عمل می کنند. در یک الکترومغناطیس فعال، شار از طریق یک مدار مغناطیسی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی و هوا جریان می یابد که فرومغناطیسی نیست. ترکیب این اجزا یک مدار مغناطیسی است. بسیاری از وسایل الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند.