magnetväli nimetatakse ainest erinevaks eriliigiks aineks, mille kaudu kandub magneti toime teistele kehadele.
Magnetväli esineb liikuvaid elektrilaenguid ja püsimagneteid ümbritsevas ruumis. See mõjutab ainult liikuvaid laenguid. Elektromagnetiliste jõudude mõjul kalduvad liikuvad laetud osakesed kõrvale
Algsest rajast väljaga risti olevas suunas.
Magnet- ja elektriväljad on lahutamatud ja moodustavad koos ühtse elektromagnetvälja. Igasugune muutus elektriväli viib magnetvälja ilmnemiseni ja vastupidi, iga magnetvälja muutusega kaasneb elektrivälja ilmumine. Elektromagnetväli levib valguse kiirusel, s.o 300 000 km/s.
Püsimagnetite ja elektromagnetite toime ferromagnetilistele kehadele, magnetite pooluste olemasolu ja lahutamatu ühtsus ning nende vastastikmõju on hästi teada (vastaspoolused tõmbuvad, nagu poolused tõrjuvad). Samamoodi
Maa magnetpoolustega nimetatakse magnetite pooluseid põhja ja lõuna.
Magnetvälja kujutatakse visuaalselt magnetiliste jõujoontega, mis määravad magnetvälja suuna ruumis (joon..1). Neil ridadel pole ei algust ega lõppu, s.t. on suletud.
Sirge juhi magnetvälja jõujooned on traati ümbritsevad kontsentrilised ringid. Mida tugevam on vool, seda tugevam on magnetväli juhtme ümber. Kui liigute voolu juhtivast juhtmest eemale, siis magnetväli nõrgeneb.
Magnetit või elektromagnetit ümbritsevas ruumis suund alates põhjapoolusest lõunasse. Mida tugevam on magnetväli, seda suurem on jõujoonte tihedus.
Määratakse magnetvälja jõujoonte suund kere reegel:.
Riis. 1. Magnetite magnetväli:
a - otsene; b - hobuseraua
Riis. 2. Magnetväli:
a - sirge traat; b - induktiivne mähis
Kui keerate kruvi sisse voolu suunas, siis magnetilised magnetjõujooned on suunatud piki kruvi (joonis 2 a)
Tugevama magnetvälja saamiseks kasutatakse traadi mähistega induktiivpooli. Sel juhul liidetakse induktiivpooli üksikute keerdude magnetväljad ja nende jõujooned ühinevad ühiseks magnetvooks.
Induktiivpoolist väljuvad magnetvälja jooned
otsas, kus vool on suunatud vastupäeva, st see ots on põhja magnetpoolus (joon. 2, b).
Kui induktiivpooli voolu suund muutub, muutub ka magnetvälja suund.
Magnetväljad tekivad looduslikult ja neid saab luua kunstlikult. Inimene märkas nende kasulikke omadusi, mida ta õppis igapäevaelus rakendama. Mis on magnetvälja allikas?
Kuidas arenes magnetvälja õpetus
Mõnede ainete magnetilisi omadusi märgati juba antiikajal, kuid nende uurimine algas tõesti keskaegses Euroopas. Väikeste terasnõelte abil avastas Prantsusmaa teadlane Peregrine magnetiliste jõujoonte ristumiskoha teatud punktides - poolustes. Vaid kolm sajandit hiljem jätkas Gilbert sellest avastusest juhindudes selle uurimist ja kaitses seejärel oma hüpoteesi, et Maal on oma magnetväli.
Magnetismiteooria kiire areng sai alguse 19. sajandi alguses, kui Ampère avastas ja kirjeldas elektrivälja mõju magnetvälja tekkele ning Faraday elektromagnetilise induktsiooni avastus lõi pöördvõrdelise seose.
Mis on magnetväli
Magnetväli avaldub jõu mõjuna liikuvatele elektrilaengutele või kehadele, millel on magnetmoment.
- juhid, mida läbib elektrivool;
- püsimagnetid;
- muutuv elektriväli.
Magnetvälja algpõhjus on kõikide allikate puhul identne: elektrilistel mikrolaengutel – elektronidel, ioonidel või prootonitel – on oma magnetmoment või need on suunalises liikumises.
Tähtis! Tekitavad üksteisele elektri- ja magnetvälju, mis aja jooksul muutuvad. See seos määratakse Maxwelli võrranditega.
Magnetvälja omadused
Magnetvälja omadused on järgmised:
- Magnetvoog, skalaarsuurus, mis määrab, mitu magnetvälja joont läbib antud lõiku. Tähistatakse tähega F. Arvutatakse järgmise valemi järgi:
F = B x S x cos α,
kus B on magnetinduktsiooni vektor, S on lõige, α on vektori kaldenurk lõiketasandiga tõmmatud risti suhtes. Mõõtühik - weber (Wb);
- Magnetilise induktsiooni vektor (B) näitab laengukandjatele mõjuvat jõudu. See on suunatud põhjapooluse poole, kuhu osutab tavaline magnetnõel. Kvantitatiivselt mõõdetakse magnetilist induktsiooni teslas (Tl);
- MP pinge (N). Selle määrab erinevate kandjate magnetiline läbilaskvus. Vaakumis võetakse läbilaskvust ühtsusena. Intensiivsusvektori suund langeb kokku magnetinduktsiooni suunaga. Mõõtühik - A / m.
Kuidas kujutada magnetvälja
Püsimagneti näitel on magnetvälja ilminguid lihtne näha. Sellel on kaks poolust ja olenevalt orientatsioonist tõmbavad kaks magnetit külge või tõrjuvad. Magnetväli iseloomustab sel juhul toimuvaid protsesse:
- MP kirjeldatakse matemaatiliselt vektorväljana. Seda saab konstrueerida paljude magnetinduktsiooni B vektorite abil, millest igaüks on suunatud kompassinõela põhjapooluse poole ja mille pikkus sõltub magnetjõust;
- Alternatiivne viis kujutamiseks on kasutada jõujooni. Need jooned ei ristu kunagi, ei alga ega peatu kuskil, moodustades suletud ahelaid. MF jooned kombineeritakse sagedamini piirkondades, kus magnetväli on tugevaim.
Tähtis! Väljajoonte tihedus näitab magnetvälja tugevust.
Kuigi MF-i reaalsuses näha ei saa, saab jõujooned reaalses maailmas hõlpsasti visualiseerida, asetades MF-i rauast viilud. Iga osake käitub nagu väike põhja- ja lõunapoolusega magnet. Tulemuseks on jõujoontega sarnane muster. Inimene ei suuda MP mõju tunda.
Magnetvälja mõõtmine
Kuna tegemist on vektorsuurusega, on MF mõõtmiseks kaks parameetrit: jõud ja suund. Suuna on lihtne mõõta põlluga ühendatud kompassiga. Näiteks võib tuua Maa magnetvälja asetatud kompassi.
Teiste omaduste mõõtmine on palju keerulisem. Praktilised magnetomeetrid ilmusid alles 19. sajandil. Enamik neist töötab, kasutades jõudu, mida elektron tunneb läbi magnetvälja liikudes.
Väikeste magnetväljade väga täpne mõõtmine on muutunud praktiliseks pärast 1988. aastal kihiliste materjalide hiiglasliku magnetresistentsuse avastamist. Seda fundamentaalfüüsika avastust rakendati kiiresti arvutites andmete salvestamise magnetkõvaketta tehnoloogias, mille tulemuseks oli mälumahu tuhandekordne suurenemine vaid mõne aastaga.
Üldtunnustatud mõõtesüsteemides mõõdetakse MF-i testides (T) või gaussides (G). 1 T = 10000 gaussi. Gaussi kasutatakse sageli, kuna Tesla on liiga suur väli.
Huvitav. Väike külmkapimagnet loob MF-i, mis on võrdne 0,001 T ja Maa magnetväli on keskmiselt 0,00005 T.
Magnetvälja olemus
Magnetism ja magnetväljad on elektromagnetilise jõu ilmingud. Liikuva energialaengu ja sellest tulenevalt magnetvälja korraldamiseks on kaks võimalikku viisi.
Esimene on juhtme ühendamine vooluallikaga, selle ümber moodustatakse MF.
Tähtis! Kui vool (liikuvate laengute arv) suureneb, suureneb MP proportsionaalselt. Juhtmest eemaldudes väheneb väli kaugusega. Seda kirjeldab Ampère'i seadus.
Mõned suurema magnetilise läbilaskvusega materjalid on võimelised kontsentreerima magnetvälju.
Kuna magnetväli on vektor, on vaja määrata selle suund. Sirge juhtme kaudu voolava tavalise voolu korral saab suuna leida parema käe reegli järgi.
Reegli kasutamiseks tuleb ette kujutada, et traadist haaratakse parema käega ja pöial näitab voolu suunda. Seejärel näitavad ülejäänud neli sõrme magnetinduktsiooni vektori suunda ümber juhi.
Teine võimalus MF-i loomiseks on kasutada seda, et elektronid esinevad mõnes aines, millel on oma magnetmoment. Püsimagnetid töötavad järgmiselt:
- Kuigi aatomitel on sageli palju elektrone, on need enamasti seotud nii, et paari kogumagnetväli tühistab. Kahel sel viisil paaritud elektronil on väidetavalt vastupidised spinnid. Seetõttu on millegi magnetiseerimiseks vaja aatomeid, millel on üks või mitu sama spinniga elektroni. Näiteks rauas on neli sellist elektroni ja see sobib magnetite valmistamiseks;
- Miljardid elektronid aatomites võivad olla juhuslikult orienteeritud ja ühist magnetvälja ei teki, hoolimata sellest, kui palju paarituid elektrone materjalil on. See peab olema stabiilne madalal temperatuuril, et tagada üldine eelistatud elektronide orientatsioon. Kõrge magnetiline läbilaskvus põhjustab selliste ainete magnetiseerumist teatud tingimustes väljaspool magnetvälja mõju. Need on ferromagnetid;
- Muudel materjalidel võivad välise magnetvälja juuresolekul olla magnetilised omadused. Välisvälja eesmärk on võrdsustada kõik elektronide spinnid, mis kaob pärast MF eemaldamist. Need ained on paramagnetilised. Külmkapi ukse metall on paramagneti näide.
Maad saab kujutada kondensaatorplaatide kujul, mille laengul on vastupidine märk: "miinus" - maapinnal ja "pluss" - ionosfääris. Nende vahel on isolatsioonitihendina atmosfääriõhk. Hiiglaslik kondensaator säilitab Maa magnetvälja mõjul püsiva laengu. Neid teadmisi kasutades on võimalik luua skeem Maa magnetväljast elektrienergia saamiseks. Tõsi, tulemuseks on madalpinge väärtused.
Tuleb võtta:
- maandusseade;
- juhe;
- Tesla trafo, mis on võimeline tekitama kõrgsageduslikke võnkumisi ja tekitama koroonalahendust, ioniseerides õhku.
Tesla mähis toimib elektronide emitterina. Kogu konstruktsioon on omavahel ühendatud ning piisava potentsiaalide vahe tagamiseks tuleb trafo tõsta arvestatavale kõrgusele. Nii tekib elektriahel, mille kaudu liigub väike vool. Selle seadmega on võimatu saada suurt kogust elektrit.
Elekter ja magnetism domineerivad paljudes inimest ümbritsevates maailmades: alates kõige fundamentaalsematest protsessidest looduses kuni tipptasemel elektroonikaseadmeteni.
Video
Nii nagu puhkeolekus olev elektrilaeng mõjutab elektrivälja kaudu teist laengut, toimib elektrivool teisele läbivale voolule magnetväli. Magnetvälja toime püsimagnetitele taandub selle toimele laengutele, mis liiguvad aine aatomites ja tekitavad mikroskoopilisi ringvoolusid.
Õpetus elektromagnetism põhineb kahel eeldusel:
- magnetväli mõjub liikuvatele laengutele ja vooludele;
- voolude ja liikuvate laengute ümber tekib magnetväli.
Magnetite koostoime
Püsimagnet(või magnetnõel) on orienteeritud piki Maa magnetmeridiaani. Põhja suunatud otsa nimetatakse põhjapoolus(N) ja vastasots on lõunapoolus(S). Lähenedes kahele magnetile üksteisele, märkame, et nende sarnased poolused tõrjuvad ja vastupidised poolused tõmbavad ( riis. üks ).
Kui eraldame poolused, lõigates püsimagneti kaheks osaks, siis leiame, et mõlemal on ka kaks poolust, st saab olema püsimagnet ( riis. 2 ). Mõlemad poolused – põhja- ja lõunapoolused – on üksteisest lahutamatud, võrdsed.
Maa või püsimagnetite tekitatud magnetvälja on sarnaselt elektriväljaga kujutatud magnetiliste jõujoontega. Suvalise magneti magnetvälja joontest saab pildi, kui asetada sellele paberileht, millele valatakse ühtlase kihina rauaviilud. Magnetvälja sattudes magnetiseerub saepuru - igaühel neist on põhja- ja lõunapoolus. Vastaspoolused kipuvad üksteisele lähenema, kuid seda takistab saepuru hõõrdumine paberile. Kui koputate paberit sõrmega, siis hõõrdumine väheneb ja viilud tõmbuvad üksteise poole, moodustades magnetvälja jooni kujutavaid kette.
peal riis. 3 näitab saepuru otsemagneti ja väikeste magnetnoolte asukohta väljas, mis näitavad magnetvälja joonte suunda. Selle suuna jaoks võetakse magnetnõela põhjapooluse suund.
Oerstedi kogemus. Magnetvälja vool 
XIX sajandi alguses. Taani teadlane Oersted avastades tegi olulise avastuse elektrivoolu toime püsimagnetitele . Ta asetas magnetnõela lähedusse pika traadi. Kui vool juhiti läbi juhtme, pöördus nool, püüdes olla sellega risti ( riis. neli ). Seda võib seletada magnetvälja ilmumisega juhi ümber.
Vooluga otsejuhi tekitatud välja magnetilised jõujooned on kontsentrilised ringid, mis asuvad sellega risti asetseval tasapinnal ja mille keskpunktid on punktis, mida vool läbib ( riis. 5 ). Joonte suund määratakse õige kruvireegliga:
Kui kruvi pöörata väljajoonte suunas, liigub see juhis oleva voolu suunas .
Magnetväljale iseloomulik jõud on magnetinduktsiooni vektor B . Igas punktis on see suunatud tangentsiaalselt väljajoonele. Elektrivälja jõujooned algavad positiivsetel ja lõpevad negatiivsetel ning selles väljas laengule mõjuv jõud on suunatud joonele tangentsiaalselt igas selle punktis. Erinevalt elektriväljast on magnetvälja jooned suletud, mis on tingitud "magnetlaengute" puudumisest looduses.
Voolu magnetväli ei erine põhimõtteliselt püsimagneti tekitatud väljast. Selles mõttes on lamemagneti analoogiks pikk solenoid - traadi mähis, mille pikkus on palju suurem kui selle läbimõõt. Tema loodud magnetvälja joonte skeem, mis on kujutatud riis. 6 , sarnane lameda magnetiga ( riis. 3 ). Ringid tähistavad solenoidi mähise moodustavaid traadi lõike. Vaatlejast läbi juhtme voolavad voolud on tähistatud ristidega ja vastassuunalised - vaatleja poole - voolud on tähistatud punktidega. Samad tähised on aktsepteeritud magnetvälja joonte jaoks, kui need on joonise tasapinnaga risti ( riis. 7 a, b).
Voolu suund solenoidmähises ja selle sees olevate magnetvälja joonte suund on samuti seotud parempoolse kruvireegliga, mis antud juhul on sõnastatud järgmiselt:
Kui vaadata mööda solenoidi telge, siis päripäeva liikuv vool tekitab selles magnetvälja, mille suund langeb kokku parempoolse kruvi liikumissuunaga ( riis. kaheksa )
Selle reegli põhjal on lihtne aru saada, et joonisel näidatud solenoid riis. 6 , selle parem ots on põhjapoolus ja vasak ots lõunapoolus.
Magnetväli solenoidi sees on homogeenne - magnetilise induktsiooni vektoril on seal konstantne väärtus (B = const). Selles suhtes sarnaneb solenoid lamekondensaatoriga, mille sees tekib ühtlane elektriväli.
Vooluga juhile magnetväljas mõjuv jõud
Katseliselt tehti kindlaks, et magnetväljas voolu juhtivale juhile mõjub jõud. Ühtlases väljas mõjub väljavektoriga B risti paiknev sirgjooneline juht pikkusega l, mille kaudu voolab vool I, jõudu: F = I l B .
Jõu suund määratakse vasaku käe reegel:
Kui vasaku käe neli väljasirutatud sõrme on asetatud juhis oleva voolu suunas ja peopesa on vektoriga B risti, näitab sissetõmmatud pöial juhile mõjuva jõu suunda. (riis. 9 ).
Tuleb märkida, et magnetväljas vooluga juhile mõjuv jõud ei ole suunatud tema jõujoontele tangentsiaalselt, nagu elektrijõud, vaid nendega risti. Mööda jõujoont paiknevat juhti magnetjõud ei mõjuta.
Võrrand F = IlB võimaldab anda magnetvälja induktsiooni kvantitatiivse karakteristiku.
Suhtumine 
ei sõltu juhi omadustest ja iseloomustab magnetvälja ennast.
Magnetilise induktsiooni vektori B moodul on arvuliselt võrdne sellega risti paiknevale ühikupikkusele juhile mõjuva jõuga, mida läbib üheamprine vool.
SI-süsteemis on magnetvälja induktsiooni ühikuks tesla (T):
Magnetväli. Tabelid, diagrammid, valemid
(Magnettide interaktsioon, Oerstedi eksperiment, magnetinduktsiooni vektor, vektori suund, superpositsiooniprintsiip. Magnetväljade graafiline kujutamine, magnetinduktsiooni jooned. Magnetvoog, väljale iseloomulik energia. Magnetjõud, Amperjõud, Lorentzi jõud. Laetud osakeste liikumine magnetväljas. Aine magnetilised omadused, Ampère'i hüpotees)
Magnetvälja määramine. Tema allikad
Definitsioon
Magnetväli on üks elektromagnetvälja vorme, mis mõjub ainult liikuvatele kehadele, millel on elektrilaeng või magnetiseeritud kehad, sõltumata nende liikumisest.
Selle välja allikateks on otsevoolud, liikuvad elektrilaengud (kehad ja osakesed), magnetiseeritud kehad, vahelduvad elektriväljad. Konstantse magnetvälja allikad on alalisvoolud.
Magnetvälja omadused
Ajal, mil magnetnähtuste uurimine oli alles alanud, pöörasid teadlased erilist tähelepanu pooluste olemasolule magnetiseeritud vardades. Nendes olid magnetilised omadused eriti väljendunud. Selgelt oli näha, et magneti poolused on erinevad. Vastaspoolused tõmbasid ligi ja nagu poolused tõrjusid. Hilbert väljendas ideed "magnetlaengute" olemasolust. Neid esitusi toetas ja arendas Coulomb. Coulombi katsete põhjal sai magnetväljale iseloomulikuks jõuks jõud, millega magnetväli mõjub ühtsusega võrdsele magnetlaengule. Coulomb juhtis tähelepanu elektri ja magnetismi nähtuste olulistele erinevustele. Erinevus avaldub juba selles, et elektrilaenguid saab jagada ja saada positiivse või negatiivse laenguga kehasid, samas on võimatu eraldada magneti põhja- ja lõunapoolust ning saada ainult ühe poolusega keha . Kuna magnetit ei olnud võimalik jagada eranditult "põhjapoolseteks" või "lõunapoolseteks" - otsustas Coulomb, et need kahte tüüpi laengud on lahutamatud igas magnetiseeriva aine elementaarosakeses. Seega mõisteti, et iga aineosake – aatom, molekul või nende rühm – on midagi kahe poolusega mikromagneti sarnast. Keha magnetiseerimine on sel juhul selle elementaarmagnetite orienteerumisprotsess välise magnetvälja mõjul (analoogselt dielektrikute polarisatsiooniga).
Voolude vastastikmõju realiseerub magnetväljade abil. Oersted avastas, et magnetväli ergastatakse vooluga ja sellel on magnetnõelale orienteeriv toime. Oerstedi voolujuht asus magnetnõela kohal, mis võis pöörata. Kui vool voolas juhis, pöördus nool juhtmega risti. Voolu suuna muutus põhjustas noole ümbersuunamise. Oerstedi katsest järeldub, et magnetväljal on suund ja seda tuleb iseloomustada vektorsuurusega. Seda suurust nimetati magnetinduktsiooniks ja tähistati järgmiselt: $\overrightarrow(B).$ $\overrightarrow(B)$ on sarnane elektrivälja intensiivsusvektoriga ($\overrightarrow(E)$). Magnetvälja nihkevektori $\overrightarrow(D)\$ analoogiks on vektor $\overrightarrow(H)$, mida nimetatakse magnetvälja tugevuse vektoriks.
Magnetväli mõjutab ainult liikuvat elektrilaengut. Magnetväli tekib liikuvate elektrilaengute mõjul.
Liikuva laengu magnetväli. Vooluga pooli magnetväli. Superpositsiooni põhimõte
Konstantsel kiirusel liikuva elektrilaengu magnetväli on kujul:
\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1\paremal),\]
kus $(\mu )_0=4\pi \cdot (10)^(-7)\frac(H)(m)(v\SI)$ on magnetkonstant, $\overrightarrow(v)$ on kiirus laengu liikumine, $\overrightarrow(r)$ on raadiuse vektor, mis määrab laengu asukoha, q on laengu väärtus, $\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right]$ on vektorkorrutis .
Elemendi magnetiline induktsioon vooluga SI-süsteemis:
kus $\ \overrightarrow(r)$ on raadiuse vektor, mis on tõmmatud vooluelemendist vaadeldavasse punkti, $\overrightarrow(dl)$ on vooluga juhi element (suuna annab voolu suund ), $\vartheta$ on nurk väärtuste $ \overrightarrow(dl)$ ja $\overrightarrow(r)$ vahel. Vektori $\overrightarrow(dB)$ suund on risti tasapinnaga, mis sisaldab $\overrightarrow(dl)$ ja $\overrightarrow(r)$. Määratakse õige kruvireegli järgi.
Magnetvälja puhul kehtib superpositsiooniprintsiip:
\[\overrightarrow(B)=\sum((\overrightarrow(B))_i\left(3\right),)\]
kus $(\overrightarrow(B))_i$ on liikuvate laengute tekitatud üksikud väljad, $\overrightarrow(B)$ on magnetvälja koguinduktsioon.
Näide 1
Ülesanne: Leia kahe paralleelselt sama kiirusega $v$ liikuva elektroni magnetilise ja Coulombi vastastikmõju jõudude suhe. Osakeste vaheline kaugus on konstantne.
\[\overrightarrow(F_m)=q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\left(1.1\right).\]
Väli, mille teine liikuv elektron loob, on:
\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1,2\paremal).\]
Olgu elektronide vaheline kaugus $a=r\ (konstant)$. Kasutame vektorkorrutise algebralist omadust (Lagrange'i identiteet ($\left[\overrightarrow(a)\left[\overrightarrow(b)\overrightarrow(c)\right]\right]=\overrightarrow(b)\left (\overrightarrow(a)\overrightarrow(c)\right)-\overrightarrow(c)\left(\overrightarrow(a)\overrightarrow(b)\right)$))
\[(\overrightarrow(F))_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2)(a^3)\left[\overrightarrow(v)\left[\overrightarrow (v)\overrightarrow(a)\right]\right]=\left(\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)-\overrightarrow(a)\left(\overrightarrow (v)\overrightarrow(v)\right)\right)=-\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2\overrightarrow(a)v^2)(a^3) \ ,\]
$\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)=0$, sest $\overrightarrow(v\bot )\overrightarrow(a)$.
Jõumoodul $F_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2),\ $kus $q=q_e=1,6\cdot 10^( -19 )Cl$.
Väljas elektronile mõjuva Coulombi jõu moodul on võrdne:
Leiame jõudude suhte $\frac(F_m)(F_q)$:
\[\frac(F_m)(F_q)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2):\frac(q^2)((4 \pi (\varepsilon )_0a)^2)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.\]
Vastus: $\frac(F_m)(F_q)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.$
Näide 2
Ülesanne: Mööda pooli ringleb jõu I alalisvool, mille vool on ringikujuline raadiusega R. Leidke magnetinduktsioon ringi keskpunktis.
Valime voolu juhtival juhil elementaarse sektsiooni (joonis 1), ülesande lahendamise aluseks kasutame poolielemendi vooluga induktsiooni valemit:
kus $\ \overrightarrow(r)$ on raadiuse vektor, mis on tõmmatud vooluelemendist vaadeldavasse punkti, $\overrightarrow(dl)$ on vooluga juhi element (suuna annab voolu suund ), $\vartheta$ on nurk väärtuste $ \overrightarrow(dl)$ ja $\overrightarrow(r)$ vahel. Põhineb joonisel fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, seetõttu lihtsustatakse (2.1) lisaks vooluga juhtelemendi kaugust ringi keskpunktist (punktist, kus otsime magnetvälja) on konstantne ja võrdne pooli raadiusega (R), seega on meil:
Kõik vooluelemendid tekitavad magnetvälju, mis on suunatud piki x-telge. See tähendab, et saadud magnetvälja induktsioonivektori võib leida üksikute vektorite projektsioonide summana $\ \ \overrightarrow(dB).$ Seejärel saab superpositsiooni põhimõtte kohaselt kogu magnetvälja induktsiooni, minnes integraal:
Asendades (2.2) väärtusega (2.3), saame:
Vastus: $B$=$\frac((\mu )_0)(2)\frac(I)(R).$
Termin "magnetväli" tähendab tavaliselt teatud energiaruumi, milles avalduvad magnetilise vastasmõju jõud. Need mõjutavad:
üksikained: ferrimagnetid (metallid - peamiselt malm, raud ja nende sulamid) ja nende ferriitide klass, olenemata olekust;
liikuvad elektrilaengud.
Füüsikalisi kehasid, millel on elektronide või muude osakeste kogumagnetmoment, nimetatakse püsimagnetid. Nende koostoime on näidatud pildil. jõu magnetliinid.
Need moodustati pärast püsimagneti toomist papplehe tagaküljele, millel oli ühtlane raudviilide kiht. Pildil on selge põhja- (N) ja lõunapooluse (S) märgistus koos jõujoonte suunaga nende orientatsiooni suhtes: väljapääs põhjapoolusest ja sissepääs lõunasse.
Kuidas tekib magnetväli
Magnetvälja allikad on:
püsimagnetid;
mobiilitasud;
ajas muutuv elektriväli.
Püsimagnetite toimega on tuttav iga lasteaialaps. Pidi ju juba külmkapile pilte-magneteid voolima, mis kõiksugu head-paremat pakkidelt võetud.
Liikuvatel elektrilaengutel on tavaliselt palju suurem magnetvälja energia kui. Seda näitavad ka jõujooned. Analüüsime nende projekteerimise reegleid vooluga I sirgjoonelise juhi jaoks.
Magnetiline jõujoon tõmmatakse tasapinnal, mis on risti voolu liikumisega, nii et igas punktis on magnetnõela põhjapoolusele mõjuv jõud suunatud sellele joonele tangentsiaalselt. See loob liikuva laengu ümber kontsentrilised ringid.
Nende jõudude suuna määrab üldtuntud reegel parempoolse keermega mähisega kruvi või võlli.
kere reegel
Kinnitus on vaja asetada koaksiaalselt vooluvektoriga ja pöörata käepidet nii, et karkassi translatsiooniline liikumine langeks kokku selle suunaga. Seejärel näidatakse käepidet keerates magnetiliste jõujoonte orientatsiooni.
Rõngasjuhis langeb käepideme pöörlev liikumine kokku voolu suunaga ja translatsiooniline liikumine näitab induktsiooni orientatsiooni.
Magnetvälja jooned väljuvad alati põhjapoolusest ja sisenevad lõunasse. Need jätkuvad magneti sees ega ole kunagi avatud.
Magnetvälja vastasmõju reeglid
Erinevatest allikatest pärinevad magnetväljad liidetakse üksteisega, moodustades tekkiva välja.
Sel juhul tõmbuvad vastaspoolustega (N - S) magnetid üksteise külge ja samade poolustega (N - N, S - S) tõrjutakse. Pooluste vastastikuse mõju jõud sõltuvad nendevahelisest kaugusest. Mida lähemale poolused nihutatakse, seda suurem jõud tekib.
Magnetvälja peamised omadused
Need sisaldavad:
magnetinduktsiooni vektor (B);
magnetvoog (F);
vooluühendus (Ψ).
Välja mõju intensiivsust või jõudu hinnatakse väärtuse järgi magnetinduktsiooni vektor. See määratakse jõu "F" väärtusega, mis tekib läbi voolu "I" läbiva juhi pikkusega "l". B \u003d F / (I ∙ l)
Magnetinduktsiooni mõõtühik SI-süsteemis on Tesla (teadlase füüsiku mälestuseks, kes neid nähtusi uuris ja matemaatiliste meetoditega kirjeldas). Vene tehnilises kirjanduses tähistatakse seda "Tl" ja rahvusvahelises dokumentatsioonis kasutatakse sümbolit "T".
1 T on sellise ühtlase magnetvoo induktsioon, mis mõjub 1 njuutoni suuruse jõuga igale sirge juhi pikkuse meetrile, mis on risti välja suunaga, kui seda juhti läbib 1 amprine vool.
1Tl=1∙N/(A∙m)
Vektori B suund määratakse vasaku käe reegel.
Kui asetate vasaku käe peopesa magnetvälja nii, et põhjapooluse jõujooned sisenevad peopesale täisnurga all ja asetate neli sõrme juhis oleva voolu suunas, siis väljaulatuv pöial liigub. näitavad sellele juhile mõjuva jõu suunda.
Juhul, kui elektrivooluga juht ei asu magnetvälja joontega täisnurga all, on sellele mõjuv jõud võrdeline voolava voolu suuruse ja juhi pikkuse projektsiooni komponentosaga. vooluga risti asetsevale tasapinnale.
Elektrivoolule mõjuv jõud ei sõltu materjalidest, millest juht on valmistatud, ja selle ristlõike pindalast. Isegi kui seda juhti üldse pole ja liikuvad laengud hakkavad liikuma teises keskkonnas magnetpooluste vahel, siis see jõud ei muutu kuidagi.
Kui magnetvälja sees on vektoril B kõigis punktides sama suund ja suurus, siis peetakse sellist välja ühtlaseks.
Iga keskkond, millel on , mõjutab induktsioonivektori B väärtust.
Magnetvoog (F)
Kui arvestada magnetilise induktsiooni läbimist teatud ala S, siis selle piiridega piiratud induktsiooni nimetatakse magnetvooks.
Kui pindala on magnetinduktsiooni suuna suhtes mingi nurga α all kallutatud, siis magnetvoog väheneb ala kaldenurga koosinuse võrra. Selle maksimaalne väärtus tekib siis, kui ala on selle läbiva induktsiooniga risti. Ф=В·S
Magnetvoo mõõtühik on 1 veeber, mis määratakse 1 tesla induktsiooni läbimise teel läbi 1 ruutmeetri suuruse ala.
Vooluühendus
Seda terminit kasutatakse magnetvoo koguhulga saamiseks, mis tekib teatud arvust magneti pooluste vahel asuvatest voolu juhtivatest juhtidest.
Juhul, kui mähise mähist läbib sama vool I keerdude arvuga n, nimetatakse kõigi keerdude kogu (seotud) magnetvoogu vooühenduseks Ψ.
Ψ = n F . Vooluühenduse ühik on 1 veebel.
Kuidas tekib vahelduvast elektrilisest magnetväli
Elektromagnetväli, mis interakteerub elektrilaengute ja magnetmomentidega kehadega, on kahe välja kombinatsioon:
elektriline;
magnetiline.
Need on omavahel seotud, kujutavad endast üksteise kombinatsiooni ja kui üks aja jooksul muutub, tekivad teises teatud kõrvalekalded. Näiteks kolmefaasilises generaatoris vahelduva sinusoidse elektrivälja loomisel moodustub sama magnetväli samaaegselt sarnaste vahelduvate harmooniliste omadustega.
Ainete magnetilised omadused
Seoses interaktsiooniga välise magnetväljaga jagunevad ained:
antiferromagnetid tasakaalustatud magnetmomentidega, mille tõttu tekib keha väga väike magnetiseerumisaste;
diamagnetid, millel on omadus magnetiseerida sisemist välja välise mõju vastu. Kui välist välja pole, siis neil ei ole magnetilisi omadusi;
paramagnetid, millel on sisevälja magnetiseerimise omadused välisvälja suunas, millel on väike aste;
ferromagnetid, millel on magnetilised omadused ilma rakendatava välisväljata temperatuuridel, mis on madalamad kui Curie punkti väärtus;
ferrimagnetid, mille magnetmomendid on tasakaalustamata suuruse ja suunaga.
Kõik need ainete omadused on leidnud kaasaegses tehnoloogias erinevaid rakendusi.
Magnetahelad
Kõik trafod, induktiivsused, elektrimasinad ja paljud muud seadmed töötavad baasil.
Näiteks töötavas elektromagnetis läbib magnetvoog tugevate mitteferromagnetiliste omadustega ferromagnetilistest terastest ja õhust valmistatud magnetahelat. Nende elementide kombinatsioon moodustab magnetahela.
Enamiku elektriseadmete konstruktsioonis on magnetahelad. Lisateavet selle kohta leiate sellest artiklist -