میدان مغناطیسی و جهت آن میدان مغناطیسی چیست

میدان مغناطیسینوع خاصی از ماده متفاوت از ماده نامیده می شود که از طریق آن اثر آهنربا بر اجسام دیگر منتقل می شود.

یک میدان مغناطیسیدر فضای اطراف بارهای الکتریکی متحرک و آهنرباهای دائمی ایجاد می شود. این فقط بر بارهای متحرک تأثیر می گذارد. تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی، ذرات باردار متحرک منحرف می شوند

از مسیر اصلی خود در جهت عمود بر میدان.

میدان های مغناطیسی و الکتریکی جدایی ناپذیر هستند و با هم یک میدان الکترومغناطیسی واحد را تشکیل می دهند. هر تغییر میدان الکتریکیمنجر به ظهور میدان مغناطیسی می شود و برعکس، هر تغییری در میدان مغناطیسی با ظهور میدان الکتریکی همراه است. میدان الکترومغناطیسی با سرعت نور یعنی 300000 کیلومتر بر ثانیه منتشر می شود.

اثر آهنرباهای دائمی و الکترومغناطیس ها بر روی اجسام فرومغناطیسی، وجود و وحدت ناگسستنی قطب های آهنربا و اثر متقابل آنها به خوبی شناخته شده است (بر خلاف قطب ها جذب، مانند قطب ها دفع می کنند). به همین ترتیب

با قطب های مغناطیسی زمین، قطب های آهنربا نامیده می شود شمال و جنوب.

میدان مغناطیسی به صورت گرافیکی با خطوط مغناطیسی نیرو نشان داده می شود که جهت میدان مغناطیسی را در فضا تعیین می کند (شکل 1). این خطوط هیچ آغاز یا پایانی ندارند، یعنی. بسته هستند.

خطوط نیروی میدان مغناطیسی یک هادی مستقیم، دایره های متحدالمرکزی هستند که سیم را در بر می گیرند. هر چه جریان قوی تر باشد، میدان مغناطیسی اطراف سیم قوی تر است. با فاصله از سیم با جریان، میدان مغناطیسی ضعیف می شود.

در فضای اطراف آهنربا یا آهنربا، جهت از قطب شمال به جنوب هر چه میدان مغناطیسی شدیدتر باشد، چگالی خطوط نیرو بیشتر است.

جهت خطوط میدان مغناطیسی تعیین می شود قانون گیملت:.

برنج. 1. میدان مغناطیسی آهنرباها:

الف - مستقیم؛ ب - نعل اسب

برنج. 2. میدان مغناطیسی:

الف - سیم مستقیم؛ ب - سیم پیچ القایی

اگر پیچ در جهت جریان پیچ شود، خطوط مغناطیسی مغناطیسی نیرو در طول مسیر پیچ هدایت می شوند (شکل 2 a).

برای بدست آوردن میدان مغناطیسی قوی تر، از سیم پیچ های القایی با سیم پیچی استفاده می شود. در این حالت، میدان های مغناطیسی تک تک پیچ های سیم پیچ القایی اضافه شده و خطوط نیروی آنها در یک شار مغناطیسی مشترک ادغام می شوند.

خطوط مغناطیسی نیرو از سیم پیچ القایی خارج می شوند

در انتهای جایی که جریان در خلاف جهت عقربه های ساعت هدایت می شود، یعنی این انتهای قطب مغناطیسی شمال است (شکل 2، ب).

هنگامی که جهت جریان در سیم پیچ القایی تغییر می کند، جهت میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند.

همانطور که یک بار الکتریکی در حال استراحت از طریق میدان الکتریکی روی بار دیگری اثر می‌کند، برقبر روی جریان دیگری توسط میدان مغناطیسی... عمل میدان مغناطیسی روی آهنرباهای دائمی به اثر آن بر بارهایی که در اتم های یک ماده حرکت می کنند و جریان های دایره ای میکروسکوپی ایجاد می کنند، کاهش می یابد.

دکترین از الکترومغناطیسبر اساس دو حکم:

• میدان مغناطیسی بر بارها و جریان های متحرک اثر می کند.
• یک میدان مغناطیسی در اطراف جریان ها و بارهای متحرک ایجاد می شود.

برهم کنش آهنرباها

آهنربای دائمی(یا سوزن مغناطیسی) در امتداد نصف النهار مغناطیسی زمین جهت گیری شده است. انتهایی که به سمت شمال اشاره می کند نامیده می شود قطب شمال(ن) و طرف مقابل آن است قطب جنوب(S). با نزدیک شدن به دو آهن‌ربا به یکدیگر، متوجه می‌شویم که قطب‌های مشابه آنها را دفع می‌کنند و قطب‌های مخالف جذب می‌کنند ( برنج. 1 ).

اگر قطب ها را با برش آهنربای دائمی به دو قسمت تقسیم کنیم، متوجه می شویم که هر یک از آنها نیز دارای دو قطب، یعنی یک آهنربای دائمی خواهد بود ( برنج. 2 ). هر دو قطب - شمال و جنوب - از یکدیگر جدایی ناپذیر، برابر هستند.

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط زمین یا آهنرباهای دائمی، مانند یک میدان الکتریکی، توسط خطوط مغناطیسی نیرو به تصویر کشیده می شود. تصویری از خطوط نیروی میدان مغناطیسی آهنربا را می توان با قرار دادن یک ورق کاغذ در بالای آن به دست آورد که براده های آهن به صورت یک لایه روی آن ریخته می شود. هنگامی که در یک میدان مغناطیسی، خاک اره مغناطیسی می شود - هر یک از آنها دارای یک قطب شمال و جنوب است. قطب های مخالف تمایل دارند به یکدیگر نزدیک شوند، اما اصطکاک خاک اره روی کاغذ مانع از این می شود. اگر با انگشت خود به کاغذ ضربه بزنید، اصطکاک کاهش می یابد و خاک اره به یکدیگر جذب می شود و زنجیره هایی را تشکیل می دهد که نشان دهنده خطوط میدان مغناطیسی است.

بر برنج. 3 مکان را در میدان آهنربای مستقیم خاک اره و فلش های مغناطیسی کوچک نشان می دهد که جهت خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد. این جهت به عنوان جهت قطب شمال سوزن مغناطیسی در نظر گرفته می شود.

تجربه ارستد جریان میدان مغناطیسی

V اوایل XIX v دانشمند دانمارکی ارستدبا کشف یک کشف مهم انجام داد جریان الکتریکی که بر روی آهنرباهای دائمی تأثیر می گذارد ... سیم بلندی را نزدیک سوزن مغناطیسی گذاشت. هنگام عبور جریان از سیم، فلش می چرخید و سعی می کرد خود را عمود بر آن قرار دهد ( برنج. 4 ). این را می توان با وقوع یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی توضیح داد.

خطوط مغناطیسی نیروی میدان ایجاد شده توسط یک هادی مستقیم با جریان، دایره های متحدالمرکزی هستند که در صفحه ای عمود بر آن قرار دارند، با مراکزی در نقطه ای که جریان از آن عبور می کند. برنج. 5 ). جهت خطوط با قانون پیچ راست تعیین می شود:

اگر پیچ در جهت خطوط میدان بچرخد، در جهت جریان در هادی حرکت می کند. .

مشخصه قدرت میدان مغناطیسی است بردار القای مغناطیسی B ... در هر نقطه به صورت مماس به خط میدان هدایت می شود. خطوط میدان الکتریکی با بارهای مثبت شروع و به بارهای منفی ختم می شوند و نیروی وارد بر بار در این میدان به صورت مماس بر خط در هر نقطه هدایت می شود. بر خلاف الکتریکی، خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند که به دلیل عدم وجود "بارهای مغناطیسی" در طبیعت است.

میدان مغناطیسی جریان اساساً با میدان ایجاد شده توسط یک آهنربای دائمی تفاوتی ندارد. از این نظر، آنالوگ یک آهنربای مسطح یک سلونوئید طولانی است - یک سیم پیچ سیم، که طول آن بسیار بیشتر از قطر آن است. نمودار خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط او، نشان داده شده در برنج. 6 ، شبیه آهنربای تخت است ( برنج. 3 ). دایره ها سطوح مقطع سیم را نشان می دهند که سیم پیچ برقی را تشکیل می دهد. جریان هایی که از روی سیم از ناظر عبور می کنند با ضربدرها و جریان هایی که در جهت مخالف ناظر هستند با نقطه نشان داده می شوند. زمانی که خطوط میدان مغناطیسی عمود بر صفحه نقشه باشند، همان نام‌گذاری‌ها اتخاذ می‌شود. برنج. 7 الف، ب).

جهت جریان در سیم پیچ شیر برقی و جهت خطوط میدان مغناطیسی داخل آن نیز با قانون پیچ سمت راست مرتبط است که در این مورد به صورت زیر فرموله می شود:

اگر در امتداد محور شیر برقی نگاه کنید، جریان در جهت عقربه های ساعت یک میدان مغناطیسی در آن ایجاد می کند که جهت آن با جهت حرکت پیچ سمت راست منطبق است ( برنج. هشت )

بر اساس این قانون، به راحتی می توان فهمید که شیر برقی نشان داده شده در برنج. 6 ، قطب شمال انتهای راست آن و قطب جنوب سمت چپ آن است.

میدان مغناطیسی داخل شیر برقی یکنواخت است - بردار القای مغناطیسی در آنجا مقدار ثابتی دارد (B = const). از این نظر، شیر برقی مانند یک خازن تخت است که در داخل آن یک میدان الکتریکی یکنواخت ایجاد می شود.

نیرویی که در میدان مغناطیسی بر رسانایی با جریان وارد می شود

به طور تجربی مشخص شد که نیرویی بر رسانایی با جریانی در میدان مغناطیسی وارد می‌شود. در یک میدان یکنواخت، یک رسانای مستقیم به طول l، که از طریق آن یک جریان I جریان دارد، که عمود بر بردار میدان B قرار دارد، نیرویی را متحمل می شود: F = I l B .

جهت نیرو تعیین می شود قانون دست چپ:

اگر چهار انگشت کشیده دست چپ در جهت جریان در هادی قرار گیرند و کف دست بر بردار B عمود باشد، شست چپ جهت نیروی وارد بر هادی را نشان می دهد. (برنج. نه ).

لازم به ذکر است که نیروی وارد بر رسانایی با جریانی در میدان مغناطیسی به صورت مماس بر خطوط نیروی آن مانند نیروی الکتریکی نیست، بلکه بر آنها عمود است. نیروی مغناطیسی روی رسانایی که در امتداد خطوط نیرو قرار دارد عمل نمی کند.

معادله F = IlBبه شما امکان می دهد القای میدان مغناطیسی را کمی کنید.

نگرش به خواص هادی بستگی ندارد و خود میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

مدول بردار القای مغناطیسی B از نظر عددی برابر با نیروی وارد بر رسانایی با طول واحد عمود بر آن است که جریانی به اندازه یک آمپر از آن عبور می کند.

در سیستم SI، واحد القای میدان مغناطیسی تسلا (T) است:

یک میدان مغناطیسی جداول، نمودارها، فرمول ها

(برهم کنش آهنرباها، آزمایش ارستد، بردار القای مغناطیسی، جهت بردار، اصل برهم نهی. نمایش گرافیکی میدان های مغناطیسی، خطوط القای مغناطیسی. شار مغناطیسی، مشخصه انرژی میدان. نیروهای مغناطیسی، نیروی آمپر، نیروی لورنتس. حرکت ذرات باردار در میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی ماده، فرضیه آمپر)

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

تئوری مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا سرچشمه گرفت. در مگنزیا نژاد خاصی در کوهستان یافت شد که تکه های آن می توانستند جذب یکدیگر شوند. با توجه به نام محل، این نژاد "مگنت" نامیده می شد. آهنربای میله ای شامل دو قطب است. در قطب، آن است خواص مغناطیسی.

آهنربایی آویزان بر روی یک ریسمان، 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 دریافته اند که یک فلش مغناطیسی در نزدیکی یک هادی وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند منحرف می شود. این نشان می دهد که یک نماینده مجلس 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 مثال 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 متغیر با زمان
• هزینه های موبایل
• آهنرباهای دائمی

از دوران کودکی، ما آهنرباهای دائمی را می شناسیم. از آنها به عنوان اسباب بازی هایی استفاده می شد که قطعات فلزی مختلفی را به خود جذب می کرد. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها در اسباب بازی های مختلف تعبیه شده بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند تمایل دارند انرژی مغناطیسی بیشتری نسبت به آهنرباهای دائمی داشته باشند.

خواص

• اصلی انگو خاصیت میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر جسم باردار را در چارچوب مشخصی بی حرکت رها کنید و یک سوزن مغناطیسی را در کنار آن قرار دهید، به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال به جز میدان زمین، میدان خارجی را احساس نمی کند. و اگر بدن باردار شروع به حرکت در نزدیکی فلش کند، 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.
• میدان مغناطیسی قادر است 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 جاری حرکت می کنند. قاب با منبع جریان وصل شده شروع به چرخش می کند و مواد مغناطیسی شده در فاصله مشخصی حرکت می کنند. فلش قطب نما اغلب رنگی است رنگ آبی... این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال است، زیرا زمین دارای MP است. کل سیاره با قطب هایش مانند یک آهنربای بزرگ است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها با دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل ثبت است. می تواند از نوع متغیر و دائمی باشد. یک 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

قوانین اساسی برای به تصویر کشیدن یک میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیرید.

قانون گیملت

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

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قانون گیمبال دست راست را به خاطر بسپارید.

مته باید در امتداد همان محور با بردار جریان قرار گیرد، دسته باید بچرخد تا مته در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیمبال تعیین می شود.

قانون گیمبال حلقه

حرکت انتقالی گیمبال در هادی، ساخته شده به شکل یک حلقه، نحوه جهت گیری القایی را نشان می دهد، چرخش با جریان جریان منطبق است.

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

میدان های مغناطیسی منابع مختلف با یکدیگر خلاصه می شوند. با این کار یک میدان مشترک ایجاد می کنند.

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

پارامترهای میدان مغناطیسی

• الحاق نخ ها ( Ψ ).
• بردار القای مغناطیسی ( V).
• 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 طول هادی با طول تشکیل می شود. l: B = F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T) اندازه گیری می شود، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرد و در روش های محاسبه آنها مشغول بود. 1 T برابر است با القای شار مغناطیسی توسط نیرو 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 به 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 زوایای قائم بستگی دارد.

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

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

شار مغناطیسی

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

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

F = B * S.

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

شار

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

در صورتی که همان جریان مناز طریق سیم پیچ با تعداد چرخش n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط تمام پیچ ها پیوند شار است.

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

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری 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 تشکیل دهد. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل دریافت خواص مغناطیسی اجسام را شناسایی کرده اند. طبق فرضیه دانشمندان، در داخل مواد جریان های الکتریکی با قدر میکروسکوپی وجود دارد. 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 جریان‌ها به‌طور تصادفی حرکت کنند، میدان‌های مغناطیسی ناشی از آن‌ها خود جبران‌کننده هستند. 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 با میدان های مغناطیسی طبقه بندی کرد.

آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

پارامغناطیس ها- موادی با خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی، با احتمال مغناطیس کم. آنها قدرت میدانی مثبتی دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و ... اشاره کرد.
آهنربای فری- مواد 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- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی مقدار منفی حساسیت مغناطیسی، مستقل از قدرت. 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 است که در نتیجه آن درجه مغناطیسی کم ماده ایجاد می شود. هنگامی که گرم می شوند، آنها تحت یک انتقال فاز ماده قرار می گیرند که در آن خواص پارامغناطیس ایجاد 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 ... نیروی اجباری کمی دارند. در میدان های مغناطیسی کم توان، می توانند اشباع شوند. در طی فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات ناچیزی دارند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته برای دستگاه های الکتریکی که با ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
از نظر مغناطیسی سخت استمواد. آنها ارزش بیشتری از نیروی اجباری دارند. یک میدان مغناطیسی قوی برای مغناطیسی مجدد آنها مورد نیاز است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

از خواص مغناطیسی مواد مختلف در پروژه ها و اختراعات فنی استفاده می شود.

مدارهای مغناطیسی

به ترکیب چند ماده مغناطیسی مدار مغناطیسی می گویند. آنها شباهت هستند و با قوانین مشابه ریاضی تعریف می شوند.

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

میدان نیرویی است که بر بارهای الکتریکی و اجسام در حال حرکت و دارای گشتاور مغناطیسی بدون توجه به وضعیت حرکت آنها تأثیر می گذارد. میدان مغناطیسی بخشی از میدان الکترومغناطیسی است.

جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. همچنین میدان مغناطیسی در نتیجه برخی تغییرات موقتی در میدان الکتریکی ایجاد می شود.

بردار القایی میدان مغناطیسی B مشخصه نیروی اصلی میدان مغناطیسی است. در ریاضیات، B = B (X، Y، Z) به عنوان یک میدان برداری تعریف می شود. این مفهوم در خدمت تعریف و مشخص کردن میدان مغناطیسی فیزیکی است. در علم، بردار القای مغناطیسی اغلب به سادگی، برای اختصار، به عنوان یک میدان مغناطیسی نامیده می شود. بدیهی است که چنین برنامه ای امکان تفسیر آزادانه از این مفهوم را فراهم می کند.

یکی دیگر از ویژگی های میدان مغناطیسی فعلی، پتانسیل برداری است.

V ادبیات علمیشما اغلب می توانید پیدا کنید که به عنوان ویژگی های اصلیمیدان مغناطیسی، در غیاب یک محیط مغناطیسی (خلاء)، بردار شدت میدان مغناطیسی در نظر گرفته می شود. به طور رسمی، چنین وضعیتی کاملاً قابل قبول است، زیرا در خلاء بردار شدت میدان مغناطیسی H و بردار القای مغناطیسی B بر هم منطبق هستند. در عین حال، بردار شدت میدان مغناطیسی در یک محیط مغناطیسی با همان معنای فیزیکی پر نشده است و یک مقدار ثانویه است. بر این اساس، با توجه به برابری رسمی این رویکردها برای خلاء، دیدگاه سیستماتیک در نظر گرفته می شود. بردار القای مغناطیسی مشخصه اصلی میدان مغناطیسی جریان است.

میدان مغناطیسی قطعا نوع خاصی از ماده است. به کمک این ماده، بین داشتن یک گشتاور مغناطیسی و حرکت ذرات یا اجسام باردار، برهمکنش وجود دارد.

نسبیت خاص میدان های مغناطیسی را نتیجه وجود خود میدان های الکتریکی می داند.

میدان های مغناطیسی و الکتریکی با هم یک میدان الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند. مظاهر میدان الکترومغناطیسی نور و امواج الکترومغناطیسی است.

نظریه کوانتومی میدان مغناطیسی برهمکنش مغناطیسی را به عنوان یک مورد جداگانه از برهمکنش الکترومغناطیسی در نظر می گیرد. توسط یک بوزون بدون جرم حمل می شود. بوزون یک فوتون است - ذره ای که می توان آن را تحریک کوانتومی یک میدان الکترومغناطیسی در نظر گرفت.

میدان مغناطیسی یا توسط جریان ذرات باردار، یا توسط یک میدان الکتریکی که در فضای زمانی تبدیل می‌شود، یا توسط گشتاورهای مغناطیسی خود ذرات ایجاد می‌شود. برای درک یکنواخت، گشتاورهای مغناطیسی ذرات به طور رسمی به جریان الکتریکی کاهش می یابد.

محاسبه مقدار میدان مغناطیسی

موارد ساده به شما امکان می دهد مقادیر میدان مغناطیسی یک هادی را با جریان مطابق با قانون Bio-Savart-Laplace یا با استفاده از قضیه گردش محاسبه کنید. به همین ترتیب، مقدار میدان مغناطیسی را می توان برای جریانی که به طور دلخواه در یک حجم یا فضا توزیع شده است، پیدا کرد. بدیهی است که این قوانین برای میدان های مغناطیسی و الکتریکی ثابت یا نسبتاً آهسته در حال تغییر قابل اجرا هستند. یعنی در مواردی که مغناطیس استاتیک وجود دارد. موارد پیچیده تر نیاز به محاسبه یک مقدار دارند جریان میدان مغناطیسیبا توجه به معادلات ماکسول

تجلی حضور میدان مغناطیسی.

تجلی اصلی میدان مغناطیسی تأثیر بر گشتاورهای مغناطیسی ذرات و اجسام، بر ذرات باردار در حال حرکت است. توسط نیروی لورنتسنیرویی نامیده می شود که بر یک ذره باردار الکتریکی که در میدان مغناطیسی حرکت می کند تأثیر می گذارد. این نیرو دارای یک جهت عمود بر بردارهای v و B است. همچنین مقداری متناسب با بار ذره q، مؤلفه سرعت v، دارد که عمود بر جهت بردار میدان مغناطیسی B انجام می شود. ، و مقداری که القای میدان مغناطیسی را بیان می کند B. نیروی لورنتس مطابق با نظام بین المللواحدها عبارت زیر را دارند: F = q، در سیستم CGS واحدها: F = q / c

محصول متقاطع در براکت مربع نمایش داده می شود.

در نتیجه تأثیر نیروی لورنتس بر ذرات باردار که در امتداد رسانا حرکت می کنند، میدان مغناطیسی می تواند با جریان بر روی هادی اثر بگذارد. نیروی آمپر نیرویی است که بر هادی حامل جریان وارد می شود. اجزای این نیرو، نیروهایی هستند که بر بارهای مجزا وارد می شوند که در داخل هادی حرکت می کنند.

پدیده برهمکنش دو آهنربا.

پدیده میدان مغناطیسی که در زندگی روزمره می توانیم با آن روبرو شویم، برهمکنش دو آهنربا نامیده می شود. در دفع همان قطب ها از یکدیگر و جذب قطب های مخالف بیان می شود. از نقطه نظر رسمی، توصیف برهمکنش بین دو آهنربا به عنوان برهمکنش دو تک قطبی یک ایده نسبتا مفید، قابل تحقق و راحت است. در عین حال، تجزیه و تحلیل دقیق نشان می دهد که در واقعیت این توصیف کاملاً صحیحی از پدیده نیست. سوال اصلی بی پاسخ در این مدل این است که چرا تک قطبی ها را نمی توان تقسیم کرد. در واقع، به طور تجربی ثابت شده است که هر جسم جدا شده دارای بار مغناطیسی نیست. همچنین، این مدل را نمی توان برای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان ماکروسکوپی اعمال کرد.

از دیدگاه ما، این درست است که فرض کنیم نیروی وارد بر یک دوقطبی مغناطیسی واقع در یک میدان ناهمگن، آن را به گونه‌ای باز می‌کند که گشتاور مغناطیسی دوقطبی هم جهت میدان مغناطیسی باشد. با این حال، هیچ آهنربایی وجود ندارد که در معرض نیروی تجمعی از بیرون باشد. جریان میدان مغناطیسی یکنواخت... نیرویی که بر دوقطبی مغناطیسی با گشتاور مغناطیسی وارد می شود متربا فرمول زیر بیان می شود:

.

نیروی وارد بر آهنربا از سمت میدان مغناطیسی ناهمگن با مجموع تمام نیروهایی که توسط این فرمول تعیین می شود و بر دوقطبی های ابتدایی که آهنربا را تشکیل می دهند بیان می شود.

القای الکترومغناطیسی

در صورت تغییر در زمان شار بردار القای مغناطیسی از طریق یک حلقه بسته، یک EMF القای الکترومغناطیسی در این حلقه تشکیل می شود. اگر مدار ثابت باشد، توسط یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می شود که در نتیجه تغییرات میدان مغناطیسی در طول زمان ایجاد می شود. هنگامی که میدان مغناطیسی با گذشت زمان تغییر نمی کند و تغییری در شار به دلیل حرکت حلقه هادی ایجاد نمی شود، EMF توسط نیروی لورنتس ایجاد می شود.

موضوع: میدان مغناطیسی

تهیه شده توسط: D.M. Baygarashev

بررسی شده توسط: A.T. Gabdullina

یک میدان مغناطیسی

اگر دو هادی موازی به یک منبع جریان متصل شوند تا جریان الکتریکی از آنها بگذرد، بسته به جهت جریان در آنها، هادی ها یا دفع می شوند یا جذب می شوند.

توضیح این پدیده از نقطه نظر ظهور در اطراف رساناهای نوع خاصی از ماده - میدان مغناطیسی امکان پذیر است.

نیروهایی که هادی ها با جریان برهمکنش می کنند نامیده می شوند مغناطیسی.

یک میدان مغناطیسی- این نوع خاصی از ماده است که ویژگی خاص آن عمل بر روی بار الکتریکی متحرک، رساناهای دارای جریان، اجسام با گشتاور مغناطیسی، با نیرویی است که به بردار سرعت بار بستگی دارد، جهت جریان در هادی و در جهت گشتاور مغناطیسی بدن.

تاریخچه مغناطیس به دوران باستان عمیق، به تمدن های باستانی آسیای صغیر باز می گردد. در قلمرو آسیای صغیر در منیزیا بود که صخره‌ای پیدا شد که نمونه‌های آن به سمت یکدیگر جذب شدند. با توجه به نام منطقه، چنین نمونه هایی شروع به "آهن ربا" نامیدند. هر آهنربایی به شکل میله یا نعل اسب دو سر دارد که به آنها قطب می گویند. در این مکان است که خواص مغناطیسی آن بیشتر آشکار است. اگر آهنربا را به یک نخ آویزان کنید، یک قطب همیشه به سمت شمال است. قطب نما بر این اصل استوار است. قطب شمال یک آهنربای آویزان آزاد، قطب شمال آهنربا (N) نامیده می شود. قطب مقابل را قطب جنوب (S) می نامند.

قطب های مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند: مانند قطب ها دفع می کنند و برخلاف قطب ها جذب می شوند. به طور مشابه با مفهوم میدان الکتریکی احاطه کننده بار الکتریکی، مفهوم میدان مغناطیسی اطراف آهنربا معرفی شده است.

در سال 1820، اورستد (1851-1777) کشف کرد که یک سوزن مغناطیسی که در کنار یک هادی الکتریکی قرار دارد، زمانی که جریان از هادی عبور می کند، منحرف می شود، یعنی یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی با جریان ایجاد می شود. اگر یک قاب را با جریان بگیریم، میدان مغناطیسی خارجی با میدان مغناطیسی قاب تعامل می‌کند و یک اثر جهت‌گیری بر آن اعمال می‌کند، یعنی موقعیتی از قاب وجود دارد که در آن میدان مغناطیسی خارجی حداکثر چرخشی را اعمال می‌کند. روی آن تأثیر می گذارد و موقعیتی وجود دارد که نیروهای گشتاور صفر است.

میدان مغناطیسی در هر نقطه را می توان با بردار B مشخص کرد که به آن بردار می گویند بردار القای مغناطیسییا القای مغناطیسیدر نقطه

القای مغناطیسی B یک کمیت فیزیکی برداری است که مشخصه نیروی میدان مغناطیسی در یک نقطه است. برابر است با نسبت حداکثر گشتاور مکانیکی نیروهای وارد بر یک قاب با جریان، که در یک میدان یکنواخت قرار می گیرد، به حاصل ضرب جریان در قاب به مساحت آن:

برای جهت بردار القایی مغناطیسی B، جهت نرمال مثبت به قاب گرفته می شود که با قانون پیچ سمت راست با جریان مکانیکی برابر با صفر همراه است.

همانطور که خطوط شدت میدان الکتریکی به تصویر کشیده می شوند، خطوط میدان مغناطیسی نیز به تصویر کشیده می شوند. خط القای میدان مغناطیسی یک خط فرضی است که مماس آن با جهت B در نقطه منطبق است.

جهت میدان مغناطیسی در یک نقطه مشخص را می توان به عنوان جهتی که نشان می دهد نیز تعریف کرد

قطب شمال سوزن قطب نما در این نقطه قرار دارد. اعتقاد بر این است که خطوط القای میدان مغناطیسی از قطب شمال به سمت جنوب هدایت می شوند.

جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکتریکی که از طریق هادی مستقیم می گذرد توسط قانون گیمبال یا پیچ سمت راست تعیین می شود. برای جهت خطوط القای مغناطیسی، جهت چرخش سر پیچ گرفته شده است که حرکت انتقالی آن را در جهت جریان الکتریکی تضمین می کند (شکل 59).

که در آن n 01 = 4 پی 10 -7 V s / (A m). - ثابت مغناطیسی، R - فاصله، I - قدرت جریان در هادی.

برخلاف خطوط شدت میدان الکترواستاتیک که با بار مثبت شروع و به بار منفی ختم می شود، خطوط القای میدان مغناطیسی همیشه بسته هستند. هیچ بار مغناطیسی مشابه بار الکتریکی یافت نشد.

یک تسلا (1 T) به عنوان یک واحد القاء در نظر گرفته می شود - القای چنین میدان مغناطیسی یکنواختی که در آن حداکثر گشتاور مکانیکی دوار نیرو برابر با 1 نیوتن متر بر روی یک قاب با مساحت 1 متر مربع عمل می کند. ، که جریان 1 A از آن عبور می کند.

القای میدان مغناطیسی را می توان با نیروی وارد بر هادی با جریان در میدان مغناطیسی نیز تعیین کرد.

یک نیروی آمپر بر روی رسانایی با جریانی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، وارد می شود، که مقدار آن با عبارت زیر تعیین می شود:

جایی که من جریان در هادی هستم، ل -طول هادی، V مدول بردار القای مغناطیسی است و زاویه بین بردار و جهت جریان است.

جهت نیروی آمپر را می توان بر اساس قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ طوری قرار می گیرد که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت در جهت جریان در هادی قرار می گیرند، سپس شست خم شده جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن I = q 0 nSv و جایگزینی این عبارت در (3.21)، F = q 0 nSh / B sin به دست می آوریم. آ... تعداد ذرات (N) در یک حجم معین از هادی برابر است با N = nSl، سپس F = q 0 NvB sin آ.

اجازه دهید نیروی وارد شده از سمت میدان مغناطیسی بر یک ذره باردار منفرد را که در میدان مغناطیسی حرکت می کند، تعریف کنیم:

این نیرو را نیروی لورنتس (1853-1928) می نامند. جهت نیروی لورنتس را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت جهت حرکت بار مثبت را نشان می دهد، انگشت بزرگ خم شده را نشان می دهد. جهت نیروی لورنز را نشان خواهد داد.

نیروی برهمکنش بین دو هادی موازی که جریان های I 1 و I 2 از آن عبور می کنند برابر است با:

جایی که ل -بخشی از یک هادی در میدان مغناطیسی اگر جریان ها در یک جهت باشند، هادی ها جذب می شوند (شکل 60)، اگر در جهت مخالف باشند، دفع می شوند. نیروهای وارد بر هر رسانا از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند. فرمول (3.22) مبنایی برای تعیین واحد جریان 1 آمپر (1 A) است.

خواص مغناطیسی یک ماده با یک کمیت فیزیکی اسکالر مشخص می شود - نفوذپذیری مغناطیسی، که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در ماده ای که کاملاً میدان را پر می کند، از نظر اندازه با القای B 0 میدان مغناطیسی در متفاوت است. خلاء:

با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد به دو دسته تقسیم می شوند دیامغناطیس، پارامغناطیسو فرومغناطیسی.

ماهیت خواص مغناطیسی مواد را در نظر بگیرید.

الکترون های موجود در پوسته اتم های یک ماده در مدارهای مختلف حرکت می کنند. برای سادگی، این مدارها را دایره ای در نظر می گیریم و هر الکترونی که به دور هسته اتم می چرخد ​​را می توان به عنوان جریان الکتریکی دایره ای در نظر گرفت. هر الکترون مانند جریان دایره ای میدان مغناطیسی ایجاد می کند که آن را مداری می نامیم. علاوه بر این، الکترون موجود در اتم دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که اسپین نامیده می شود.

اگر با القای B 0 به میدان مغناطیسی خارجی وارد شود، القای B در داخل ماده ایجاد شود.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن< 1).

V دیامغناطیسمواد در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، میدان‌های مغناطیسی الکترون‌ها جبران می‌شوند و زمانی که آنها به میدان مغناطیسی وارد می‌شوند، القای میدان مغناطیسی اتم در مقابل میدان خارجی قرار می‌گیرد. دیامغناطیس از میدان مغناطیسی خارجی بیرون رانده می شود.

دارند پارامغناطیسمواد، القای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها به طور کامل جبران نمی شود و اتم به عنوان یک کل مانند یک آهنربای دائمی کوچک است. معمولاً در یک ماده، همه این آهنرباهای کوچک به طور دلخواه جهت گیری می کنند و مجموع القای مغناطیسی همه میدان های آنها صفر است. اگر یک پارامغناطیس را در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهید، تمام آهنرباهای کوچک - اتم ها مانند فلش های قطب نما در میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و میدان مغناطیسی موجود در ماده تقویت می شود. n >= 1).

فرومغناطیسیچنین موادی نامیده می شوند که در آن n«1. در مواد فرومغناطیسی، به اصطلاح دامنه ها ایجاد می شود، مناطق ماکروسکوپی مغناطیسی خود به خودی.

در حوزه های مختلف، القای میدان های مغناطیسی جهت های متفاوتی دارند (شکل 61) و در یک کریستال بزرگ.

متقابل یکدیگر را جبران کنند. هنگامی که یک نمونه فرومغناطیسی به یک میدان مغناطیسی خارجی وارد می‌شود، مرزهای حوزه‌های منفرد جابه‌جا می‌شوند تا حجم حوزه‌های جهت‌دار در امتداد میدان خارجی افزایش یابد.

با افزایش القای میدان خارجی B 0، القای مغناطیسی ماده مغناطیسی افزایش می یابد. در برخی از مقادیر B 0، القاء به شدت افزایش می یابد. این پدیده اشباع مغناطیسی نامیده می شود.

یکی از ویژگی های مواد فرومغناطیسی پدیده پسماند است که شامل وابستگی مبهم القاء در ماده به القای میدان مغناطیسی خارجی در هنگام تغییر است.

حلقه پسماند مغناطیسی یک منحنی بسته است (cdc`d`c)، که وابستگی القاء در ماده را به دامنه القای میدان خارجی با تغییر دوره ای نسبتاً آهسته در دومی بیان می کند (شکل 62). .

حلقه هیسترزیس با مقادیر زیر Bs، Br، Bc مشخص می شود. B s - حداکثر مقدار القای ماده در B 0s. B r - القای باقی مانده، برابر با مقدار القاء در ماده با کاهش القای میدان مغناطیسی خارجی از B0s به صفر. -B c و B c - نیروی اجباری - مقداری برابر با القای میدان مغناطیسی خارجی لازم برای تغییر القاء در ماده از باقیمانده به صفر است.

برای هر فرومغناطیس چنین دمایی وجود دارد (نقطه کوری (J. Curie, 1859-1906) که بالاتر از آن فرومغناطیس خواص فرومغناطیسی خود را از دست می دهد.

دو راه برای وارد کردن فرومغناطیس مغناطیسی شده به حالت مغناطیسی زدایی وجود دارد: الف) گرما در بالای نقطه کوری و خنک شدن. ب) مواد را با یک میدان مغناطیسی متناوب با دامنه ای که به آرامی کاهش می دهد مغناطیسی کنید.

فرومغناطیس هایی با القای باقیمانده و نیروی اجباری کم، مغناطیسی نرم نامیده می شوند. آن‌ها در دستگاه‌هایی کاربرد پیدا می‌کنند که غالباً یک فرومغناطیس باید دوباره مغناطیس شود (هسته ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره).

برای ساخت آهنرباهای دائمی از فرومغناطیس های مغناطیسی سخت با نیروی اجباری بالا استفاده می شود.