يوم جيد ، اليوم سوف تكتشف ذلك ما هو المجال المغناطيسيومن اين تاتي.

كل شخص على هذا الكوكب مرة واحدة على الأقل ، لكنه أبقى مغناطيسفى اليد. بدءًا من مغناطيس الثلاجة التذكاري ، أو مغناطيس العمل لجمع حبوب لقاح الحديد وغير ذلك الكثير. عندما كانت طفلة ، كانت لعبة مضحكة تمسكت بالمعدن الأسود ، ولكن ليس بالمعادن الأخرى. إذن ما هو سر المغناطيس وخصائصه حقل مغناطيسي.

ما هو المجال المغناطيسي

في أي نقطة يبدأ المغناطيس في الانجذاب نحو نفسه؟ يوجد حول كل مغناطيس مجال مغناطيسي يسقط فيه تبدأ الأجسام في الانجذاب إليه. قد يختلف حجم هذا المجال اعتمادًا على حجم المغناطيس وخصائصه.

مصطلح ويكيبيديا:

المجال المغناطيسي - مجال قوة يعمل على تحريك الشحنات الكهربائية وعلى الأجسام ذات العزم المغناطيسي ، بغض النظر عن حالة حركتها ، المكون المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي.

من أين يأتي المجال المغناطيسي

يمكن إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة تيار الجسيمات المشحونة أو بواسطة اللحظات المغناطيسية للإلكترونات في الذرات ، وكذلك بواسطة اللحظات المغناطيسية للجسيمات الأخرى ، وإن كان بدرجة أقل بكثير.

مظهر من مظاهر المجال المغناطيسي

يتجلى المجال المغناطيسي في التأثير على اللحظات المغناطيسية للجسيمات والأجسام ، على تحريك الجسيمات أو الموصلات المشحونة. القوة المؤثرة على جسيم مشحون كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي هي تسمى قوة لورنتز، والتي يتم توجيهها دائمًا بشكل عمودي على المتجهين v و B. وهي تتناسب مع شحنة الجسيم q ، ومكون السرعة v ، عموديًا على اتجاه متجه المجال المغناطيسي B ، وحجم تحريض المجال المغناطيسي ب.

ما الأشياء التي لها مجال مغناطيسي

غالبًا لا نفكر في الأمر ، لكن العديد (إن لم يكن كل) الأشياء من حولنا هي مغناطيس. لقد اعتدنا على حقيقة أن المغناطيس عبارة عن حصاة ذات قوة جاذبية واضحة تجاه نفسه ، ولكن في الواقع ، كل شيء تقريبًا له قوة جذب ، إنه أقل بكثير. لنأخذ كوكبنا على الأقل - نحن لا نطير بعيدًا في الفضاء ، على الرغم من أننا لا نتمسك بالسطح بأي شيء. مجال الأرض أضعف بكثير من مجال مغناطيس الحصى ، لذلك فهو يبقينا فقط بسبب حجمه الضخم - إذا سبق لك أن رأيت أشخاصًا يمشون على القمر (وهو قطر أصغر بأربع مرات) ، فمن الواضح أنك ستفعل ذلك. فهم ما نتحدث عنه. يعتمد جاذبية الأرض إلى حد كبير على المكونات المعدنية ، حيث تمتلك قشرتها ولبها مجالًا مغناطيسيًا قويًا. ربما سمعت أنه بالقرب من رواسب كبيرة من خام الحديد ، تتوقف البوصلات عن إظهار الاتجاه الصحيح نحو الشمال - وذلك لأن مبدأ البوصلة يعتمد على تفاعل المجالات المغناطيسية ، ويجذب خام الحديد إبرةها.

مجال مغناطيسيهذه هي المسألة التي تنشأ حول مصادر التيار الكهربائي ، وكذلك حول المغناطيس الدائم. في الفضاء ، يتم عرض المجال المغناطيسي كمجموعة من القوى التي يمكن أن تؤثر على الأجسام الممغنطة. يفسر هذا الإجراء من خلال وجود تصريفات دافعة على المستوى الجزيئي.

يتكون المجال المغناطيسي فقط حول الشحنات الكهربائية التي تتحرك. هذا هو السبب في أن المجالين المغناطيسي والكهربائي متكاملان ومتشكلان معًا حقل كهرومغناطيسي. مكونات المجال المغناطيسي مترابطة وتعمل على بعضها البعض ، وتغير خصائصها.

خصائص المجال المغناطيسي:
1. ينشأ المجال المغناطيسي تحت تأثير الشحنات الدافعة للتيار الكهربائي.
2. في أي نقطة من نقاطه ، يتسم المجال المغناطيسي بمتجه للكمية الفيزيائية يسمى الحث المغناطيسي، وهي خاصية القوة في المجال المغناطيسي.
3. يمكن أن يؤثر المجال المغناطيسي فقط على المغناطيس والموصلات والشحنات المتحركة.
4. يمكن أن يكون المجال المغناطيسي من النوع الثابت والمتغير
5. يقاس المجال المغناطيسي فقط بأجهزة خاصة ولا يمكن أن تدركه حواس الإنسان.
6. المجال المغناطيسي هو ديناميكي كهربائي ، حيث أنه يتولد فقط أثناء حركة الجسيمات المشحونة ويؤثر فقط على الشحنات التي تتحرك.
7. تتحرك الجسيمات المشحونة على طول مسار عمودي.

يعتمد حجم المجال المغناطيسي على معدل تغير المجال المغناطيسي. وفقًا لذلك ، هناك نوعان من المجال المغناطيسي: المجال المغناطيسي الديناميكيو المجال المغناطيسي للجاذبية. المجال المغناطيسي الجاذبيةينشأ فقط بالقرب من الجسيمات الأولية ويتشكل اعتمادًا على السمات الهيكلية لهذه الجسيمات.

لحظة جاذبةيحدث عندما يعمل مجال مغناطيسي على إطار موصل. بمعنى آخر ، العزم المغناطيسي هو متجه يقع على الخط الذي يعمل بشكل عمودي على الإطار.

يمكن تمثيل المجال المغناطيسي بيانياًباستخدام خطوط القوة المغناطيسية. يتم رسم هذه الخطوط في مثل هذا الاتجاه بحيث يتزامن اتجاه قوى المجال مع اتجاه خط المجال نفسه. خطوط المجال المغناطيسي متصلة ومغلقة في نفس الوقت.

يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام إبرة مغناطيسية. تحدد خطوط القوة أيضًا قطبية المغناطيس ، والنهاية بمخرج خطوط القوة هي القطب الشمالي ، والنهاية بمدخل هذه الخطوط هي القطب الجنوبي.

من المريح جدًا إجراء تقييم بصري للمجال المغناطيسي باستخدام برادة حديدية عادية وقطعة من الورق.
إذا وضعنا ورقة على مغناطيس دائم ، ورشنا نشارة الخشب في الأعلى ، فإن جزيئات الحديد ستصطف وفقًا لخطوط المجال المغناطيسي.

يتم تحديد اتجاه خطوط القوة للموصل بشكل ملائم بواسطة المشهور حكم gimletأو حكم اليد اليمنى. إذا أمسكنا الموصل بيدنا بحيث ينظر الإبهام في اتجاه التيار (من سالب إلى موجب) ، فإن الأصابع الأربعة المتبقية ستظهر لنا اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

واتجاه قوة لورنتز - القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون أو موصل مع تيار ، وفقًا لـ حكم اليد اليسرى.
إذا وضعنا اليد اليسرى في مجال مغناطيسي بحيث تنظر 4 أصابع في اتجاه التيار في الموصل ، وتدخل خطوط القوة في راحة اليد ، فإن الإبهام سيشير إلى اتجاه قوة لورنتز ، القوة المؤثرة على يوضع الموصل في المجال المغناطيسي.

هذا عن ذلك. تأكد من طرح أي أسئلة في التعليقات.

المجال المغناطيسي هو شكل خاص من المادة يتم إنشاؤه بواسطة المغناطيس والموصلات مع التيار (تتحرك الجسيمات المشحونة) والتي يمكن اكتشافها من خلال تفاعل المغناطيس والموصلات مع التيار (تتحرك الجسيمات المشحونة).

تجربة Oersted

التجارب الأولى (التي أجريت في عام 1820) ، والتي أظهرت أن هناك علاقة عميقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية ، كانت تجارب الفيزيائي الدنماركي H. Oersted.

تدور إبرة مغناطيسية تقع بالقرب من الموصل بزاوية معينة عند تشغيل التيار في الموصل. عند فتح الدائرة ، يعود السهم إلى موضعه الأصلي.

ويترتب على تجربة G.Oersted أن هناك مجالًا مغناطيسيًا حول هذا الموصل.

تجربة أمبير
يتفاعل موصلان متوازيان ، يتدفق من خلاله تيار كهربائي ، مع بعضهما البعض: يجذبان إذا كانت التيارات في نفس الاتجاه ، وتتنافر إذا كانت التيارات في الاتجاه المعاكس. هذا بسبب تفاعل المجالات المغناطيسية التي تنشأ حول الموصلات.

خصائص المجال المغناطيسي

1. ماديا ، أي موجود بشكل مستقل عنا وعن معرفتنا به.

2. تم إنشاؤها بواسطة المغناطيس والموصلات مع التيار (تتحرك الجسيمات المشحونة)

3. تم الكشف عنها عن طريق تفاعل المغناطيس والموصلات مع التيار (تتحرك الجسيمات المشحونة)

4. يعمل على المغناطيس والموصلات مع التيار (تتحرك الجسيمات المشحونة) مع بعض القوة

5. لا توجد شحنات مغناطيسية في الطبيعة. لا يمكنك فصل القطبين الشمالي والجنوبي والحصول على جسم بقطب واحد.

6. اكتشف العالم الفرنسي أمبير سبب امتلاك الأجسام خصائص مغناطيسية. طرح أمبير استنتاجًا مفاده أن الخصائص المغناطيسية لأي جسم يتم تحديدها بواسطة التيارات الكهربائية المغلقة بداخله.

تمثل هذه التيارات حركة الإلكترونات في مدارات الذرة.

إذا كانت المستويات التي تدور فيها هذه التيارات موجودة بشكل عشوائي فيما يتعلق ببعضها البعض بسبب الحركة الحرارية للجزيئات التي يتكون منها الجسم ، فإن تفاعلاتها يتم تعويضها بشكل متبادل ولا يظهر الجسم أي خصائص مغناطيسية.

والعكس صحيح: إذا كانت المستويات التي تدور فيها الإلكترونات متوازية مع بعضها البعض وتتزامن اتجاهات القواعد الطبيعية لهذه المستويات ، فإن هذه المواد تعزز المجال المغناطيسي الخارجي.

7. تعمل القوى المغناطيسية في مجال مغناطيسي في اتجاهات معينة ، والتي تسمى خطوط القوة المغناطيسية. بمساعدتهم ، يمكنك إظهار المجال المغناطيسي بشكل ملائم وواضح في حالة معينة.

من أجل تصوير المجال المغناطيسي بشكل أكثر دقة ، اتفقنا في تلك الأماكن التي يكون فيها المجال أقوى ، على إظهار خطوط القوة الموجودة بشكل أكثر كثافة ، أي أقرب لبعضهم البعض. والعكس صحيح ، في الأماكن التي يكون فيها الحقل أضعف ، تظهر خطوط الحقل بعدد أصغر ، أي أقل تواترا.

8. يميز المجال المغناطيسي ناقل الحث المغناطيسي.

متجه الحث المغناطيسي هو كمية متجهة تميز المجال المغناطيسي.

يتزامن اتجاه ناقل الحث المغناطيسي مع اتجاه القطب الشمالي لإبرة مغناطيسية حرة عند نقطة معينة.

يرتبط اتجاه متجه تحريض المجال وقوة التيار I بـ "قاعدة المسمار الأيمن (gimlet)":

إذا قمت ببرغي المثقاب في اتجاه التيار في الموصل ، فإن اتجاه سرعة حركة نهاية مقبضه عند نقطة معينة سيتزامن مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي عند هذه النقطة.

/ مجال مغناطيسي

الموضوع: المجال المغناطيسي

الإعداد: Baigarashev D.M.

فحص بواسطة: Gabdullina A.T.

مجال مغناطيسي

إذا تم توصيل موصلين متوازيين بمصدر تيار بحيث يمر تيار كهربائي عبرهما ، عندئذٍ ، اعتمادًا على اتجاه التيار فيهما ، فإن الموصلات إما تتنافر أو تجتذب.

تفسير هذه الظاهرة ممكن من وجهة نظر المظهر حول الموصلات لنوع خاص من المادة - المجال المغناطيسي.

يتم استدعاء القوى التي تتفاعل معها الموصلات الحاملة للتيار مغناطيسي.

مجال مغناطيسي- هذا نوع خاص من المادة ، ومن السمات المحددة له العمل على شحنة كهربائية متحركة ، وموصلات مع تيار ، وأجسام ذات عزم مغناطيسي ، بقوة تعتمد على متجه سرعة الشحنة ، واتجاه قوة التيار في الموصل واتجاه اللحظة المغناطيسية للجسم.

يعود تاريخ المغناطيسية إلى العصور القديمة ، إلى الحضارات القديمة في آسيا الصغرى. تم العثور على صخرة على أراضي آسيا الصغرى ، في مغنيسيا ، وانجذبت عينات منها إلى بعضها البعض. وفقًا لاسم المنطقة ، بدأت تسمى هذه العينات بـ "المغناطيس". أي مغناطيس على شكل قضيب أو حدوة حصان له طرفان يطلقان على الأعمدة ؛ في هذا المكان تكون خصائصه المغناطيسية أكثر وضوحًا. إذا علقت مغناطيسًا على خيط ، فسيشير أحد الأعمدة دائمًا إلى الشمال. تستند البوصلة على هذا المبدأ. يُطلق على القطب المواجه للشمال لمغناطيس معلق حر القطب الشمالي للمغناطيس (N). القطب المعاكس يسمى القطب الجنوبي (S).

تتفاعل الأقطاب المغناطيسية مع بعضها البعض: مثل الأقطاب تتنافر ، وعلى عكس الأقطاب تتجاذب. وبالمثل ، فإن مفهوم المجال الكهربائي المحيط بالشحنة الكهربائية يقدم مفهوم المجال المغناطيسي حول المغناطيس.

في عام 1820 ، اكتشف أورستد (1777-1851) أن إبرة مغناطيسية موجودة بجوار موصل كهربائي تنحرف عندما يتدفق التيار عبر الموصل ، أي يتم إنشاء مجال مغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار. إذا أخذنا إطارًا بالتيار ، فإن المجال المغناطيسي الخارجي يتفاعل مع المجال المغناطيسي للإطار وله تأثير توجيه عليه ، أي أن هناك موضعًا للإطار يكون فيه المجال المغناطيسي الخارجي له تأثير دوران أقصى عليه ويوجد موضع عندما تكون قوة عزم الدوران صفرًا.

يمكن تمييز المجال المغناطيسي في أي نقطة بواسطة المتجه B ، والذي يسمى ناقل الحث المغناطيسيأو الحث المغناطيسيفي هذه النقطة.

الحث المغناطيسي B هو كمية فيزيائية متجهة ، وهي خاصية قوة المجال المغناطيسي عند نقطة ما. إنها تساوي نسبة الحد الأقصى للعزم الميكانيكي للقوى التي تعمل على حلقة مع وضع التيار في مجال موحد إلى ناتج القوة الحالية في الحلقة ومساحتها:

يعتبر اتجاه متجه الحث المغناطيسي B هو اتجاه الموجب الطبيعي للإطار ، والذي يرتبط بالتيار في الإطار بواسطة قاعدة المسمار الأيمن ، مع عزم ميكانيكي يساوي الصفر.

بنفس الطريقة التي يتم بها تصوير خطوط شدة المجال الكهربائي ، يتم تصوير خطوط تحريض المجال المغناطيسي. خط تحريض المجال المغناطيسي هو خط وهمي ، المماس الذي يتطابق مع الاتجاه B عند النقطة.

يمكن أيضًا تعريف اتجاهات المجال المغناطيسي عند نقطة معينة على أنها الاتجاه الذي يشير

القطب الشمالي لإبرة البوصلة الموضوعة في تلك النقطة. يُعتقد أن خطوط تحريض المجال المغناطيسي موجهة من القطب الشمالي إلى الجنوب.

يتم تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج عن تيار كهربائي يتدفق عبر موصل مستقيم من خلال قاعدة المثقاب أو المسمار الأيمن. يتم أخذ اتجاه دوران رأس المسمار على أنه اتجاه خطوط الحث المغناطيسي ، مما يضمن حركتها الانتقالية في اتجاه التيار الكهربائي (الشكل 59).

حيث ن 01 = 4 بي 10-7V ق / (أ م). - ثابت مغناطيسي ، R - مسافة ، I - القوة الحالية في الموصل.

على عكس خطوط المجال الكهروستاتيكي ، التي تبدأ بشحنة موجبة وتنتهي عند شحنة سالبة ، يتم إغلاق خطوط المجال المغناطيسي دائمًا. لم يتم العثور على شحنة مغناطيسية مماثلة للشحنة الكهربائية.

يتم أخذ تسلا واحد (1 T) كوحدة تحريض - تحريض مجال مغناطيسي موحد يعمل فيه أقصى عزم دوران قدره 1 نيوتن متر على إطار بمساحة 1 متر مربع ، يتم من خلاله تيار 1 تدفقات.

يمكن أيضًا تحديد تحريض المجال المغناطيسي من خلال القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي.

يخضع الموصل ذو التيار الموضوع في مجال مغناطيسي لقوة أمبير ، ويتم تحديد قيمتها بالتعبير التالي:

حيث أنا القوة الحالية في الموصل ، ل-طول الموصل ، B هو معامل ناقل الحث المغناطيسي ، وهي الزاوية بين المتجه واتجاه التيار.

يمكن تحديد اتجاه قوة الأمبير بقاعدة اليد اليسرى: يتم وضع راحة اليد اليسرى بحيث تدخل خطوط الحث المغناطيسي راحة اليد ، ويتم وضع أربعة أصابع في اتجاه التيار في الموصل ، ثم يظهر الإبهام المنحني اتجاه قوة الأمبير.

بالنظر إلى أن I = q 0 nSv واستبدال هذا التعبير في (3.21) ، نحصل على F = q 0 nSh / B sin أ. عدد الجسيمات (N) في حجم معين للموصل هو N = nSl ، ثم F = q 0 NvB sin أ.

دعونا نحدد القوة المؤثرة من جانب المجال المغناطيسي على جسيم مشحون منفصل يتحرك في مجال مغناطيسي:

هذه القوة تسمى قوة لورنتز (1853-1928). يمكن تحديد اتجاه قوة لورنتز بقاعدة اليد اليسرى: يتم وضع راحة اليد اليسرى بحيث تدخل خطوط الحث المغناطيسي راحة اليد ، وتظهر أربعة أصابع اتجاه حركة الشحنة الموجبة ، والإبهام يظهر الانحناء اتجاه قوة لورنتز.

قوة التفاعل بين موصلين متوازيين ، والتي من خلالها تتدفق التيارات I 1 و I 2 ، تساوي:

أين ل-جزء الموصل الموجود في مجال مغناطيسي. إذا كانت التيارات في نفس الاتجاه ، فإن الموصلات تنجذب (الشكل 60) ، إذا كان الاتجاه المعاكس ، يتم صدها. القوى المؤثرة على كل موصل متساوية في الحجم ، عكس الاتجاه. الصيغة (3.22) هي الصيغة الرئيسية لتحديد وحدة القوة الحالية 1 أمبير (1 أ).

تتميز الخواص المغناطيسية للمادة بكمية فيزيائية قياسية - النفاذية المغناطيسية ، والتي توضح عدد المرات التي يختلف فيها الحث B لمجال مغناطيسي في مادة تملأ الحقل تمامًا في القيمة المطلقة عن الحث B 0 للمجال المغناطيسي في فراغ:

وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، يتم تقسيم جميع المواد إلى مغناطيسي ، مغناطيسيو مغنطيسية.

ضع في اعتبارك طبيعة الخواص المغناطيسية للمواد.

تتحرك الإلكترونات الموجودة في غلاف ذرات المادة في مدارات مختلفة. من أجل التبسيط ، نعتبر هذه المدارات دائرية ، ويمكن اعتبار كل إلكترون يدور حول النواة الذرية بمثابة تيار كهربائي دائري. كل إلكترون ، مثل تيار دائري ، يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، والذي سنسميه المداري. بالإضافة إلى ذلك ، فإن للإلكترون الموجود في الذرة مجاله المغناطيسي الخاص ، والذي يسمى مجال الدوران.

إذا ، عند إدخاله في مجال مغناطيسي خارجي مع الحث B 0 ، يتم إنشاء الحث B داخل المادة< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن 1).

في المواد المغناطيسية ، في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، يتم تعويض المجالات المغناطيسية للإلكترونات ، وعندما يتم إدخالها في مجال مغناطيسي ، يصبح تحريض المجال المغناطيسي للذرة موجهًا ضد المجال الخارجي. يتم دفع قطر المغناطيس خارج المجال المغناطيسي الخارجي.

في مغناطيسيالمواد ، الحث المغناطيسي للإلكترونات في الذرات لا يتم تعويضه تمامًا ، والذرة ككل تتحول إلى مغناطيس دائم صغير. عادةً ما يتم توجيه كل هذه المغناطيسات الصغيرة في المادة بشكل تعسفي ، ويكون الحث المغناطيسي الكلي لجميع مجالاتها يساوي صفرًا. إذا وضعت مغناطيسًا في مجال مغناطيسي خارجي ، فإن كل المغناطيسات الصغيرة - الذرات ستدور في المجال المغناطيسي الخارجي مثل إبر البوصلة ويزداد المجال المغناطيسي في المادة ( ن >= 1).

مغنطيسيةهي المواد الموجودة ن"1. ما يسمى بالمجالات ، المناطق العيانية للمغنطة التلقائية ، يتم إنشاؤها في مواد مغناطيسية حديدية.

في المجالات المختلفة ، يكون لتحريض المجالات المغناطيسية اتجاهات مختلفة (الشكل 61) وفي بلورة كبيرة

يعوض كل منهما الآخر. عندما يتم إدخال عينة مغناطيسية حديدية في مجال مغناطيسي خارجي ، يتم تغيير حدود المجالات الفردية بحيث يزداد حجم المجالات الموجهة على طول المجال الخارجي.

مع زيادة تحريض المجال الخارجي B 0 ، يزداد الحث المغناطيسي للمادة الممغنطة. بالنسبة لبعض قيم B 0 ، يوقف الحث نموه الحاد. هذه الظاهرة تسمى التشبع المغناطيسي.

السمة المميزة للمواد المغناطيسية هي ظاهرة التباطؤ ، والتي تتكون من الاعتماد الغامض للحث في المادة على تحريض المجال المغناطيسي الخارجي أثناء تغيره.

حلقة التخلفية المغناطيسية عبارة عن منحنى مغلق (cdc`d`c) ، يعبر عن اعتماد الحث في المادة على سعة تحريض المجال الخارجي مع تغيير دوري بطيء نوعًا ما في الأخير (الشكل 62).

تتميز حلقة التخلفية بالقيم التالية B s و B r و B c. B s - القيمة القصوى لتحريض المادة عند B 0s ؛ B r - الحث المتبقي ، يساوي قيمة الحث في المادة عندما ينخفض ​​تحريض المجال المغناطيسي الخارجي من B 0s إلى الصفر ؛ -B c و B c - القوة القسرية - قيمة مساوية لتحريض المجال المغناطيسي الخارجي الضروري لتغيير الحث في المادة من البقايا إلى الصفر.

لكل مغنطيس حديدي درجة حرارة (Curie point (J. Curie، 1859-1906) يفقد المغناطيس الحديدي خصائصه المغناطيسية الحديدية.

هناك طريقتان لإحضار المغناطيس الحديدي الممغنط إلى حالة إزالة المغناطيسية: أ) الحرارة فوق نقطة كوري وتبرد ؛ ب) قم بمغنطة المادة بمجال مغناطيسي متناوب مع تناقص بطيء في السعة.

تسمى المغناطيسات الحديدية ذات الحث المتبقي المنخفض والقوة القسرية بالمغناطيسية الناعمة. يجدون تطبيقًا في الأجهزة حيث يجب إعادة مغناطيس الحديد بشكل متكرر (نوى المحولات والمولدات وما إلى ذلك).

تستخدم المغناطيسات المغناطيسية الصلبة ، والتي لها قوة قسرية كبيرة ، لتصنيع المغناطيس الدائم.

تحديد استقراء المجال المغناطيسي على محور التيار الدائري

هدف : لدراسة خصائص المجال المغناطيسي ، للتعرف على مفهوم الحث المغناطيسي. حدد استقراء المجال المغناطيسي على محور التيار الدائري.

مقدمة نظرية. مجال مغناطيسي. يتجلى وجود مجال مغناطيسي في الطبيعة في العديد من الظواهر ، أبسطها هو تفاعل الشحنات المتحركة (التيارات) ، والتيار والمغناطيس الدائم ، وهما مغناطيسان دائمان. مجال مغناطيسي المتجه . هذا يعني أنه من أجل الوصف الكمي لكل نقطة في الفضاء ، من الضروري ضبط متجه الحث المغناطيسي. في بعض الأحيان تسمى هذه الكمية ببساطة الحث المغناطيسي . يتزامن اتجاه ناقل الحث المغناطيسي مع اتجاه الإبرة المغناطيسية الموجودة في النقطة المعتبرة في الفضاء وخالية من التأثيرات الأخرى.

نظرًا لأن المجال المغناطيسي هو مجال قوة ، فقد تم تصويره باستخدام خطوط الحث المغناطيسي - الخطوط ، الظلال التي تتطابق عند كل نقطة مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي عند هذه النقاط من المجال. من المعتاد رسم عدد من خطوط الحث المغناطيسي من خلال منطقة واحدة متعامدة مع ، تساوي قيمة الحث المغناطيسي. وبالتالي ، فإن كثافة الخط تتوافق مع القيمة في . تظهر التجارب أنه لا توجد شحنات مغناطيسية في الطبيعة. والنتيجة هي أن خطوط الحث المغناطيسي مغلقة. المجال المغناطيسي يسمى متجانس إذا كانت نواقل الحث في جميع نقاط هذا المجال هي نفسها ، أي أنها متساوية في القيمة المطلقة ولها نفس الاتجاهات.

بالنسبة للمجال المغناطيسي ، مبدأ التراكب: الحث المغناطيسي للحقل الناتج الناتج عن عدة تيارات أو شحنات متحركة هو ما تها التامة مجالات الحث المغناطيسي التي تم إنشاؤها بواسطة كل شحنة حالية أو متحركة.

في مجال مغناطيسي موحد ، يتم العمل على موصل مستقيم قوة الأمبير:

أين متجه يساوي القيمة المطلقة لطول الموصل ل ويتزامن مع اتجاه التيار أنا في هذا الموصل.

يتم تحديد اتجاه قوة أمبير حكم المسمار الصحيح(المتجهات ، وتشكيل نظام لولبي يمين): إذا تم وضع برغي بخيط يمين عموديًا على المستوى الذي تشكله المتجهات ، وقم بتدويره من إلى على طول أصغر زاوية ، فإن الحركة الانتقالية لل سيشير المسمار إلى اتجاه القوة. في الشكل القياسي ، يمكن كتابة العلاقة (1) بالطريقة التالية:

F = أنا× ل× ب× الخطيئةأ أو (2).

من آخر علاقة يتبع المعنى المادي للحث المغناطيسي : الحث المغناطيسي لحقل موحد يساوي عدديًا القوة المؤثرة على موصل بتيار يبلغ 1 أ ، بطول 1 متر ، يقع بشكل عمودي على اتجاه المجال.

وحدة SI للحث المغناطيسي هي تسلا (TL): .

المجال المغناطيسي للتيار الدائري.لا يتفاعل التيار الكهربي مع المجال المغناطيسي فحسب ، بل يخلقه أيضًا. تظهر التجربة أن العنصر الحالي في الفراغ يخلق مجالًا مغناطيسيًا مع الحث عند نقطة في الفضاء

(3) ,

أين هو معامل التناسب ، م 0 \ u003d 4 ص × 10-7 ح / مهو الثابت المغناطيسي ، وهو متجه يساوي عدديًا طول عنصر الموصل ويتزامن في الاتجاه مع التيار الأولي ، وهو متجه نصف القطر المرسوم من عنصر الموصل إلى النقطة المعتبرة في المجال ، ص هو معامل متجه نصف القطر. تم إنشاء العلاقة (3) تجريبيًا بواسطة Biot و Savart ، وحللت بواسطة Laplace ، وبالتالي تسمى قانون Biot-Savart-Laplace. وفقًا لقاعدة اللولب الصحيحة ، يتضح أن متجه الحث المغناطيسي عند النقطة المدروسة متعامد مع العنصر الحالي ومتجه نصف القطر.

استنادًا إلى قانون Biot-Savart-Laplace ومبدأ التراكب ، يتم حساب المجالات المغناطيسية للتيارات الكهربائية المتدفقة في الموصلات ذات التكوين التعسفي عن طريق التكامل على طول الموصل بالكامل. على سبيل المثال ، الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي في مركز ملف دائري بنصف قطر ر من خلالها يتدفق التيار أنا ، مساوي ل:

خطوط الحث المغناطيسي للتيارات الدائرية والمباشرة موضحة في الشكل 1. على محور التيار الدائري ، يكون خط الحث المغناطيسي مستقيمًا. يرتبط اتجاه الحث المغناطيسي باتجاه التيار في الدائرة حكم المسمار الصحيح. كما هو مطبق على التيار الدائري ، يمكن صياغته على النحو التالي: إذا تم تدوير المسمار الأيمن في اتجاه التيار الدائري ، فإن الحركة الانتقالية للمسمار ستشير إلى اتجاه خطوط الحث المغناطيسي ، والظلال التي في كل نقطة تتزامن مع ناقل الحث المغناطيسي.

, (5)

أين ر هو نصف قطر الحلقة ، X هي المسافة من مركز الحلقة إلى النقطة على المحور التي يتم عندها تحديد الحث المغناطيسي.

ما هو تعريف المجال المغناطيسي .. ؟؟

حاضر

في الفيزياء الحديثة ، يعتبر "المجال المغناطيسي" أحد مجالات القوة ، مما يؤدي إلى تأثير القوة المغناطيسية على الشحنات الكهربائية المتحركة. يتم إنشاء مجال مغناطيسي عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية ، وعادة ما تكون التيارات الكهربائية ، وكذلك مجال كهربائي متناوب. هناك فرضية حول إمكانية وجود الشحنات المغناطيسية ، والتي ، من حيث المبدأ ، لا تحظرها الديناميكا الكهربية ، ولكن حتى الآن لم يتم اكتشاف مثل هذه الشحنات (أحادي القطب المغناطيسي). في إطار الديناميكا الكهربية لماكسويل ، تبين أن المجال المغناطيسي وثيق الصلة بالمجال الكهربائي ، مما أدى إلى ظهور مفهوم واحد للحقل الكهرومغناطيسي.
تغير فيزياء المجال إلى حد ما الموقف من المجال المغناطيسي. أولاً ، يثبت أن الشحنات المغناطيسية لا يمكن أن توجد من حيث المبدأ. ثانيًا ، تبين أن المجال المغناطيسي ليس حقلاً مستقلاً ، يساوي المجال الكهربائي ، ولكنه أحد التصحيحات الديناميكية الثلاثة التي تنشأ أثناء حركة الشحنات الكهربائية. لذلك ، تعتبر فيزياء المجال المجال الكهربائي فقط على أنه أساسي ، وتصبح القوة المغناطيسية أحد مشتقات التفاعل الكهربائي.
ملاحظة. الأستاذ طبعا أرقطيون لكن المعدات معه ....

ماري

المجال المغناطيسي - أحد مكونات المجال الكهرومغناطيسي الذي يظهر في وجود مجال كهربائي متغير بمرور الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء مجال مغناطيسي بواسطة تيار الجسيمات المشحونة ، أو بواسطة اللحظات المغناطيسية للإلكترونات في الذرات (المغناطيس الدائم). السمة الرئيسية للمجال المغناطيسي هي قوته ، والتي يتم تحديدها بواسطة ناقل الحث المغناطيسي \ vec (\ mathbf (B)). في النظام الدولي للوحدات ، يقاس الحث المغناطيسي بوحدة تسلا (T).
الخصائص الفيزيائية
يتكون المجال المغناطيسي من مجال كهربائي متغير بمرور الوقت أو لحظات مغناطيسية جوهرية للجسيمات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة تيار الجسيمات المشحونة. في حالات بسيطة ، يمكن العثور عليه من قانون Biot-Savart-Laplace أو نظرية التداول (وهو أيضًا قانون Ampère). في المواقف الأكثر تعقيدًا ، يتم البحث عنها كحل لمعادلات ماكسويل
يتجلى المجال المغناطيسي في التأثير على اللحظات المغناطيسية للجسيمات والأجسام ، على تحريك الجسيمات المشحونة (أو الموصلات ذات التيار). تسمى القوة المؤثرة على جسيم مشحون يتحرك في مجال مغناطيسي بقوة لورنتز. يتناسب مع شحنة الجسيم والمنتج المتجه للمجال وسرعة الجسيم.
التمثيل الرياضي
كمية متجهة تشكل حقلاً لا يوجد به أي اختلاف في الفضاء.

مجال مغناطيسي- شكل خاص من المادة موجود حول الشحنات الكهربائية المتحركة - التيارات.

مصادر المجال المغناطيسي هي مغناطيس دائم ، موصلات مع التيار. يمكنك اكتشاف مجال مغناطيسي من خلال العمل على إبرة مغناطيسية وموصل يحمل تيارًا وجزيئات مشحونة متحركة.

لدراسة المجال المغناطيسي ، يتم استخدام دائرة تحمل تيار مسطح مغلق (حلقة حاملة للتيار).

لأول مرة ، تم اكتشاف دوران إبرة مغناطيسية بالقرب من موصل يتم من خلاله تدفق التيار في عام 1820 بواسطة Oersted. لاحظ أمبير تفاعل الموصلات التي يتدفق من خلالها التيار: إذا كانت التيارات في الموصلات تتدفق في اتجاه واحد ، فإن الموصلات تجتذب ، إذا كانت التيارات في الموصلات تتدفق في اتجاهين متعاكسين ، فإنها تتنافر.

خصائص المجال المغناطيسي:

• المجال المغناطيسي مادة.
• مؤشر المصدر والميدان - التيار الكهربائي ؛
• المجال المغناطيسي هو دوامة - خطوط قوتها (خطوط الحث المغناطيسي) مغلقة ؛
• حجم المجال يتناقص مع المسافة من مصدر المجال.

مهم!
المجال المغناطيسي غير محتمل. قد لا يساوي عملها على مسار مغلق صفرًا.

التفاعل المغناطيسياستدعاء جاذبية أو تنافر الموصلات المحايدة كهربيًا عند مرور تيار كهربائي من خلالها.

يتم شرح التفاعل المغناطيسي للشحنات الكهربائية المتحركة على النحو التالي: كل شحنة كهربائية متحركة تخلق مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء ، يعمل على تحريك الجسيمات المشحونة.

القوة المميزة للمجال المغناطيسي - ناقل الحث المغناطيسي\ (\ VEC (B) \). وحدة ناقل الحث المغناطيسي تساوي نسبة القيمة القصوى للقوة المؤثرة من المجال المغناطيسي على الموصل الحامل للتيار إلى القوة الحالية في الموصل \ (I \) وطولها \ ( ل \):

التعيين هو \ (\ vec (B) \) ، ووحدة القياس في النظام الدولي للوحدات هي تسلا (T).

1 T هو تحريض مثل هذا المجال المغناطيسي حيث تعمل قوة قصوى قدرها 1 N على كل متر من طول الموصل بتيار 1 أ.

اتجاه ناقل الحث المغناطيسييتزامن مع الاتجاه من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي لإبرة مغناطيسية (الاتجاه الذي يشير إلى القطب الشمالي لإبرة مغناطيسية) ، تم إنشاؤها بحرية في مجال مغناطيسي.

يمكن تحديد اتجاه ناقل الحث المغناطيسي من حكم gimlet:

إذا كان اتجاه الحركة الانتقالية للمخرج يتزامن مع اتجاه التيار في الموصل ، فإن اتجاه دوران المقبض المخروطي يتزامن مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

لتحديد الحث المغناطيسي للعديد من المجالات المستخدمة مبدأ التراكب:

يساوي الحث المغناطيسي للحقل الناتج الذي تم إنشاؤه بواسطة عدة مصادر مجموع متجه للتحريضات المغناطيسية للحقول التي تم إنشاؤها بواسطة كل مصدر على حدة:

يُطلق على المجال ، الذي يكون فيه متجه الحث المغناطيسي هو نفسه من حيث الحجم والاتجاه متجانس.

بصريا ، يتم تصوير المجال المغناطيسي في شكل خطوط مغناطيسية أو خطوط الحث المغناطيسي. خط الحث المغناطيسي- هذا خط وهمي ، في أي نقطة يتم توجيه متجه الحث المغناطيسي إليه بشكل عرضي.

خصائص الخطوط المغناطيسية:

• الخطوط المغناطيسية مستمرة ؛
• الخطوط المغناطيسية مغلقة (أي في الطبيعة لا توجد شحنات مغناطيسية مماثلة للشحنات الكهربائية) ؛
• الخطوط المغناطيسية لها اتجاه متعلق باتجاه التيار.

تجعل كثافة الترتيب من الممكن الحكم على حجم المجال: كلما كانت الخطوط أكثر كثافة ، كان المجال أقوى.

في دائرة مغلقة مسطحة مع تيار ، موضوعة في مجال مغناطيسي موحد ، تعمل لحظة القوى \ (M \):

حيث \ (I \) هي القوة الحالية في الموصل ، \ (S \) هي مساحة السطح التي يغطيها الكفاف ، \ (ب \) هي معامل ناقل الحث المغناطيسي ، \ (\) (\ alpha \) - الزاوية بين العمودي على مستوى الكنتور ومتجه الحث المغناطيسي.

ثم بالنسبة لمعامل ناقل الحث المغناطيسي ، يمكننا كتابة الصيغة:

حيث تقابل أقصى لحظة للقوى الزاوية \ (\ ألفا \) = 90 درجة.

في هذه الحالة ، تقع خطوط الحث المغناطيسي في مستوى الإطار ، وموضع توازنه غير مستقر. سيكون موضع الحلقة مع التيار مستقرًا في الحالة التي يكون فيها مستوى الحلقة عموديًا على خطوط الحث المغناطيسي.

مغناطيس دائم- هذه أجسام تحتفظ بالمغنطة لفترة طويلة ، أي أنها تخلق مجالًا مغناطيسيًا.

الخاصية الرئيسية للمغناطيس هي جذب الأجسام المصنوعة من الحديد أو سبائكه (على سبيل المثال ، الفولاذ). المغناطيسات طبيعية (من خام الحديد المغناطيسي) وصناعية ، وهي عبارة عن شرائط حديد ممغنطة. تسمى مناطق المغناطيس حيث تكون خصائصه المغناطيسية أكثر وضوحًا بالأقطاب. يحتوي المغناطيس على قطبين: الشمال \ (N \) والجنوب \ (S \).

مهم!
خارج المغناطيس ، تخرج الخطوط المغناطيسية من القطب الشمالي وتدخل القطب الجنوبي.

لا يمكنك فصل أقطاب المغناطيس.

شرح أمبير وجود مجال مغناطيسي في المغناطيس الدائم. وفقًا لفرضيته ، داخل الجزيئات التي يتكون منها المغناطيس ، تدور التيارات الكهربائية الأولية. إذا كانت هذه التيارات موجهة بطريقة معينة ، فإن أفعالها تتراكم ويعرض الجسم خصائص مغناطيسية. إذا تم ترتيب هذه التيارات بشكل عشوائي ، فسيتم تعويض عملها بشكل متبادل ولا يظهر الجسم خصائص مغناطيسية.

تتفاعل المغناطيسات: مثل الأقطاب المغناطيسية تتنافر ، تجذب الأقطاب المغناطيسية المعاكسة.

المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار

يخلق تيار كهربائي يتدفق عبر موصل يحمل تيارًا مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط. كلما زاد التيار الذي يمر عبر الموصل ، كلما كان المجال المغناطيسي الذي ينشأ حوله أقوى.

يتم ترتيب خطوط القوة المغناطيسية لهذا المجال على طول دوائر متحدة المركز ، يوجد في وسطها موصل يحمل تيارًا.

يكون اتجاه خطوط المجال المغناطيسي حول الموصل مع التيار دائمًا في توافق صارم مع اتجاه التيار المار عبر الموصل.

يمكن تحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي وفقًا لقاعدة gimlet: إذا تزامنت الحركة الانتقالية للمقبس (1) مع اتجاه التيار (2) في الموصل ، فإن دوران مقبضه سيشير إلى اتجاه خطوط القوة (4) للمجال المغناطيسي حول الموصل .

عندما يتغير اتجاه التيار ، تغير خطوط المجال المغناطيسي اتجاهها أيضًا.

عندما تبتعد عن الموصل ، تقل تواتر خطوط القوة المغناطيسية. وبالتالي ، ينخفض ​​تحريض المجال المغناطيسي.

عادةً ما يتم تمثيل اتجاه التيار في الموصل بنقطة إذا ذهب التيار إلينا ، وبصليب إذا تم توجيه التيار بعيدًا عنا.

للحصول على مجالات مغناطيسية قوية في التيارات المنخفضة ، عادة ما يتم زيادة عدد الموصلات الحاملة للتيار ويتم إجراؤها في شكل سلسلة من المنعطفات ؛ مثل هذا الجهاز يسمى الملف.

في الموصل المنحني على شكل ملف ، سيكون للمجالات المغناطيسية التي تشكلها جميع أقسام هذا الموصل نفس الاتجاه داخل الملف. لذلك ، ستكون شدة المجال المغناطيسي داخل الملف أكبر من شدة المجال المغناطيسي حول الموصل المستقيم. عندما يتم الجمع بين المنعطفات في ملف ، فإن الحقول المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة المنعطفات الفردية تتراكم. في هذه الحالة ، يزداد تركيز خطوط المجال داخل الملف ، أي يزداد المجال المغناطيسي بداخله.

كلما زاد التيار الذي يمر عبر الملف ، وكلما زاد عدد الدورات ، كلما كان المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الملف أقوى. يتكون المجال المغناطيسي خارج الملف أيضًا من المجالات المغناطيسية للانعطافات الفردية ، ومع ذلك ، فإن خطوط القوة المغناطيسية ليست كثيفة جدًا ، ونتيجة لذلك لا تكون شدة المجال المغناطيسي كبيرة مثل داخل الملف.

المجال المغناطيسي للملف مع التيار له نفس شكل مجال المغناطيس الدائم المستقيم: تخرج الخطوط المغناطيسية للقوة من أحد طرفي الملف وتدخل إلى الطرف الآخر. لذلك ، الملف مع التيار هو مغناطيس كهربائي اصطناعي. عادة ، يتم إدخال قلب فولاذي داخل الملف لتعزيز المجال المغناطيسي ؛ هذا الملف يسمى الكهرومغناطيسية.

تم العثور على اتجاه خطوط الحث المغناطيسي للملف مع التيار بواسطة حكم اليد اليمنى:

إذا قمت بإمساك الملف بالتيار براحة يدك اليمنى بحيث تشير أربعة أصابع إلى اتجاه التيار في المنعطفات ، فإن الإبهام سيشير إلى اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

لتحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة ملف أو ملف ، يمكنك أيضًا استخدامه حكم gimlet:

إذا قمت بتدوير مقبض المخرج في اتجاه التيار في الملف أو الملف ، فإن الحركة الانتقالية للمقبس ستشير إلى اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

لقد وجدت المغناطيسات الكهربائية تطبيقًا واسعًا للغاية في التكنولوجيا. يمكن أيضًا تحديد قطبية المغناطيس الكهربائي (اتجاه المجال المغناطيسي) باستخدام قاعدة اليد اليمنى.

قوة الأمبير

قوة الأمبير- القوة التي تؤثر على الموصل الحامل للتيار في مجال مغناطيسي.

قانون امبير:موصل بتيار \ (I \) طول \ (l \) يوضع في مجال مغناطيسي مع الحث \ (\ vec (B) \) يخضع لقوة معاملها يساوي:

حيث \ (\ alpha \) هي الزاوية بين الموصل الحامل للتيار وناقل الحث المغناطيسي \ (\ vec (B) \).

يتم تحديد اتجاه قوة الأمبير حكم اليد اليسرى: إذا تم وضع كف اليد اليسرى بحيث يدخل مكون متجه الحث المغناطيسي \ (B_ \ perp \) عموديًا على الموصل في راحة اليد ، وتشير أربعة أصابع ممدودة إلى اتجاه التيار في الموصل ، إذن سيظهر ثني الإبهام بزاوية 90 درجة اتجاه قوة أمبير.

قوة الأمبير ليست مركزية. يتم توجيهه عموديًا على خطوط الحث المغناطيسي.

تستخدم قوة الأمبير على نطاق واسع. في الأجهزة التقنية ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي باستخدام الموصلات التي يتدفق من خلالها تيار كهربائي. تُستخدم المغناطيسات الكهربائية في مرحل كهروميكانيكي لإيقاف تشغيل الدوائر الكهربائية عن بُعد ، ورافعة مغناطيسية ، ومحرك أقراص ثابتة للكمبيوتر ، ورأس تسجيل VCR ، ومنظار سينمائي للتلفزيون ، وشاشة كمبيوتر. في الحياة اليومية ، في النقل والصناعة ، تستخدم المحركات الكهربائية على نطاق واسع. أتاح تفاعل المغناطيس الكهربائي مع مجال المغناطيس الدائم إنشاء أدوات قياس كهربائية (مقياس التيار الكهربائي ، الفولتميتر).

أبسط نموذج للمحرك الكهربائي هو إطار به تيار يوضع في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم. في المحركات الكهربائية الحقيقية ، بدلاً من المغناطيس الدائم ، يتم استخدام المغناطيسات الكهربائية ، بدلاً من الإطار ، يتم استخدام اللفات التي تحتوي على عدد كبير من لفات الأسلاك.

كفاءة المحرك الكهربائي:

حيث \ (N \) هي القوة الميكانيكية التي يطورها المحرك.

كفاءة المحرك الكهربائي عالية جدًا.

خوارزمية لحل المشكلات المتعلقة بعمل المجال المغناطيسي على الموصلات الحاملة للتيار:

• قم بعمل رسم تخطيطي للإشارة إلى الموصل أو الدائرة بالتيار واتجاه خطوط القوة الميدانية ؛
• حدد الزوايا بين اتجاه المجال والعناصر الفردية للمحيط ؛
• باستخدام قاعدة اليد اليسرى ، حدد اتجاه قوة الأمبير التي تعمل على الموصل الحامل للتيار أو على كل عنصر من عناصر الدائرة ، وأظهر هذه القوى على الرسم ؛
• تشير إلى جميع القوى الأخرى التي تعمل على الموصل أو الدائرة ؛
• اكتب الصيغ لبقية القوى المذكورة في المشكلة. عبر عن القوى من حيث الكميات التي تعتمد عليها. إذا كان الموصل في حالة توازن ، فمن الضروري تدوين حالة توازنه (المساواة إلى الصفر من مجموع القوى ولحظات القوى) ؛
• اكتب قانون نيوتن الثاني في شكل متجه وفي إسقاطات ؛
• حل للتحقق.

قوة لورنتز

قوة لورنتزهي القوة المؤثرة على جسيم مشحون متحرك من جانب المجال المغناطيسي.

صيغة إيجاد قوة لورنتز:

حيث \ (q \) هي شحنة الجسيم ، \ (v \) هي سرعة الجسيم ، \ (B \) هي معامل ناقل الحث المغناطيسي ، \ (\ alpha \) هو الزاوية بين متجه سرعة الجسيمات وناقل الحث المغناطيسي.

يتم تحديد اتجاه قوة لورنتز بواسطة حكم اليد اليسرى: إذا تم وضع كف اليد اليسرى بحيث يدخل مكون متجه الحث المغناطيسي \ (B_ \ perp \) عموديًا على الموصل في راحة اليد ، وتشير أربعة أصابع ممدودة إلى اتجاه سرعة الشحنة الموجبة الجسيم ، ثم عازمة الإبهام 90 درجة ستظهر اتجاه قوة لورنز.

إذا كانت شحنة الجسيم سالبة ، فإن اتجاه القوة ينعكس.

مهم!
إذا كان متجه السرعة موجهًا بشكل مشترك مع ناقل الحث المغناطيسي ، فإن الجسيم يتحرك بشكل موحد ومستقيم.

في مجال مغناطيسي موحد ، تعمل قوة لورنتز على ثني مسار الجسيم.

إذا كان متجه السرعة عموديًا على متجه الحث المغناطيسي ، فإن الجسيم يتحرك على طول دائرة نصف قطرها:

حيث \ (م \) هي كتلة الجسيم ، \ (ت \) هي سرعة الجسيم ، \ (ب \) هو معامل ناقل الحث المغناطيسي ، \ (ف \) ) هي شحنة الجسيم.

في هذه الحالة ، تلعب قوة لورنتز دور قوة الجاذبية وعملها صفر. لا تعتمد فترة (تردد) ثورة الجسيمات على نصف قطر الدائرة وسرعة الجسيم. معادلة حساب فترة ثورة الجسيم:

السرعة الزاوية لجسيم مشحون:

مهم!
لا تغير قوة لورنتز الطاقة الحركية للجسيم ومعامل سرعته. تحت تأثير قوة لورنتز ، يتغير اتجاه سرعة الجسيم.

إذا كان متجه السرعة موجهًا بزاوية \ (\ alpha \) (0 °< \(\alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

في هذه الحالة ، يمكن تمثيل متجه سرعة الجسيم كمجموع متجهين للسرعة ، أحدهما ، \ (\ vec (v) _2 \) ، موازٍ للمتجه \ (\ vec (B) \) ، والآخر ، \ (\ vec (v) _1 \) ، عمودي عليه. المتجه \ (\ vec (v) _1 \) لا يغير النمط أو الاتجاه. المتجه \ (\ vec (v) _2 \) يغير الاتجاه. ستعطي قوة لورنتز للجسيم المتحرك تسارعًا عموديًا على متجه السرعة \ (\ vec (v) _1 \). سوف يتحرك الجسيم في دائرة. فترة دورة الجسيم في الدائرة هي \ (T \).

وبالتالي ، سيتم فرض حركة موحدة على طول خط الاستقراء بحركة دائرية في مستوى عمودي على المتجه \ (\ vec (B) \). يتحرك الجسيم على طول اللولب بخطوة \ (ح = v_2T \).

مهم!
إذا تحرك الجسيم في المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، فإن قوة لورنتز الكلية هي:

تُستخدم ميزات حركة الجسيم المشحون في المجال المغناطيسي في مطياف الكتلة - أجهزة لقياس كتل الجسيمات المشحونة ؛ معجلات الجسيمات للعزل الحراري للبلازما في منشآت "توكاماك".

خوارزمية لحل المشكلات المتعلقة بعمل المجال المغناطيسي (والكهربائي) على الجسيمات المشحونة:

• قم بعمل رسم ، ووضح عليه خطوط القوة للمجال المغناطيسي (والكهربائي) ، وارسم متجه السرعة الأولية للجسيم وحدد علامة شحنته ؛
• تصور القوى المؤثرة على جسيم مشحون ؛
• تحديد نوع مسار الجسيمات ؛
• توسيع القوى المؤثرة على الجسيم المشحون على طول اتجاه المجال المغناطيسي وفي الاتجاه المتعامد عليه ؛
• يؤلف المعادلة الأساسية لديناميات نقطة مادية في كل اتجاه من اتجاهات توسع القوى ؛
• التعبير عن القوى من حيث الكميات التي تعتمد عليها ؛
• حل نظام المعادلات الناتج لكمية غير معروفة ؛
• حل للتحقق.

الصيغ الأساسية لقسم "المجال المغناطيسي"

المجال المغناطيسي للأرض

المجال المغناطيسي هو مجال قوة يعمل على تحريك الشحنات الكهربائية وعلى الأجسام التي لها عزم مغناطيسي ، بغض النظر عن حالة حركتها.

مصادر المجال المغناطيسي العياني هي الأجسام الممغنطة ، والموصلات الحاملة للتيار ، والأجسام المشحونة كهربائيًا المتحركة. طبيعة هذه المصادر هي نفسها: ينشأ المجال المغناطيسي نتيجة لحركة الجسيمات الدقيقة المشحونة (الإلكترونات والبروتونات والأيونات) ، وأيضًا بسبب وجود عزمها المغناطيسي (المغزلي) في الجسيمات الدقيقة.

يحدث المجال المغناطيسي المتناوب أيضًا عندما يتغير المجال الكهربائي بمرور الوقت. في المقابل ، عندما يتغير المجال المغناطيسي بمرور الوقت ، ينشأ مجال كهربائي. وصف كامل للمجالات الكهربائية والمغناطيسية في علاقتهما معادلات ماكسويل. لتوصيف المجال المغناطيسي ، غالبًا ما يتم تقديم مفهوم خطوط مجال القوة (خطوط الحث المغناطيسي).

تُستخدم أنواع مختلفة من أجهزة قياس المغناطيسية لقياس خصائص المجال المغناطيسي والخصائص المغناطيسية للمواد. وحدة تحريض المجال المغناطيسي في نظام CGS هي Gauss (Gs) ، في النظام الدولي للوحدات (SI) - Tesla (T) ، 1 T = 104 Gs. يتم قياس الكثافة ، على التوالي ، في oersteds (Oe) والأمبير لكل متر (A / m ، 1 A / m \ u003d 0.01256 Oe ؛ طاقة المجال المغناطيسي - في Erg / سم 2 أو J / م 2 ، 1 J / م 2 = 10 erg / سم 2.

تتفاعل البوصلة
إلى المجال المغناطيسي للأرض

المجالات المغناطيسية في الطبيعة متنوعة للغاية سواء من حيث نطاقها أو في التأثيرات التي تسببها. يمتد المجال المغناطيسي للأرض ، الذي يشكل الغلاف المغناطيسي للأرض ، لمسافة 70-80 ألف كيلومتر في اتجاه الشمس ولعدة ملايين من الكيلومترات في الاتجاه المعاكس. على سطح الأرض ، يكون المجال المغناطيسي في المتوسط ​​50 μT ، عند حدود الغلاف المغناطيسي ~ 10 -3 G. يحمي المجال المغنطيسي الأرضي سطح الأرض والمحيط الحيوي من تدفق الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية وجزئيًا من الأشعة الكونية. يدرس علم المغنطيسية تأثير المجال المغنطيسي نفسه على النشاط الحيوي للكائنات الحية. في الفضاء القريب من الأرض ، يشكل المجال المغناطيسي مصيدة مغناطيسية للجسيمات المشحونة عالية الطاقة - حزام إشعاع الأرض. تشكل الجسيمات الموجودة في الحزام الإشعاعي خطرًا كبيرًا أثناء الرحلات الفضائية. يرتبط أصل المجال المغناطيسي للأرض بالحركات الحملية لمادة سائلة موصلة في قلب الأرض.

أظهرت القياسات المباشرة بمساعدة المركبات الفضائية أن الأجسام الكونية الأقرب إلى الأرض - القمر والكواكب والزهرة والمريخ ليس لها مجال مغناطيسي خاص بها ، على غرار مجال الأرض. من بين الكواكب الأخرى في النظام الشمسي ، فقط كوكب المشتري وزحل ، على ما يبدو ، لهما مجالات مغناطيسية خاصة بهما ، كافية لإنشاء مصائد مغناطيسية كوكبية. تم العثور على مجالات مغناطيسية تصل إلى 10 جاوس وعدد من الظواهر المميزة (العواصف المغناطيسية ، والانبعاثات الراديوية السنكروترونية ، وغيرها) على كوكب المشتري ، مما يشير إلى دور هام للمجال المغناطيسي في عمليات الكواكب.

© الصورة: http://www.tesis.lebedev.ru
صورة للشمس
في نطاق ضيق

المجال المغناطيسي بين الكواكب هو في الأساس مجال الرياح الشمسية (تتوسع بلازما الهالة الشمسية باستمرار). بالقرب من مدار الأرض ، يكون المجال بين الكواكب ~ 10 -4 -10 -5 Gs. يمكن أن يتزعزع انتظام المجال المغناطيسي بين الكواكب بسبب تطور أنواع مختلفة من عدم استقرار البلازما ، ومرور موجات الصدمة ، وانتشار تيارات الجسيمات السريعة الناتجة عن التوهجات الشمسية.

في جميع العمليات على الشمس - التوهجات ، ظهور البقع والنتوءات ، ولادة الأشعة الكونية الشمسية ، يلعب المجال المغناطيسي دورًا مهمًا. أظهرت القياسات المستندة إلى تأثير زيمان أن المجال المغناطيسي للبقع الشمسية يصل إلى عدة آلاف من الجاوس ، ويتم الاحتفاظ بالبروز بمجالات تبلغ حوالي 10-100 جاوس (بمتوسط ​​قيمة المجال المغناطيسي الكلي للشمس ~ 1 جاوس).

العواصف المغناطيسية

العواصف المغناطيسية هي اضطرابات قوية في المجال المغناطيسي للأرض ، والتي تعطل بشكل حاد المسار اليومي السلس لعناصر المغناطيسية الأرضية. تستمر العواصف المغناطيسية من عدة ساعات إلى عدة أيام ويتم ملاحظتها في وقت واحد في جميع أنحاء الأرض.

كقاعدة عامة ، تتكون العواصف المغناطيسية من مراحل أولية وأولية وأساسية ، بالإضافة إلى مرحلة التعافي. في المرحلة الأولية ، لوحظت تغييرات طفيفة في المجال المغنطيسي الأرضي (بشكل رئيسي عند خطوط العرض العالية) ، بالإضافة إلى إثارة التذبذبات الميدانية المميزة لفترة قصيرة. تتميز المرحلة الأولية بتغير مفاجئ في مكونات المجال الفردية في جميع أنحاء الأرض ، وتتميز المرحلة الرئيسية بتقلبات كبيرة في المجال وانخفاض قوي في المكون الأفقي. في مرحلة استعادة العاصفة المغناطيسية ، يعود الحقل إلى قيمته الطبيعية.

تأثير الرياح الشمسية
إلى الغلاف المغناطيسي للأرض

تحدث العواصف المغناطيسية بسبب تدفقات البلازما الشمسية من مناطق نشطة من الشمس ، متراكبة على رياح شمسية هادئة. لذلك ، غالبًا ما تُلاحظ العواصف المغناطيسية بالقرب من الحد الأقصى لدورة النشاط الشمسي التي تبلغ 11 عامًا. عند الوصول إلى الأرض ، تزيد تدفقات البلازما الشمسية من ضغط الغلاف المغناطيسي ، مما يتسبب في المرحلة الأولية لعاصفة مغناطيسية ، ويتغلغل جزئيًا في الغلاف المغناطيسي للأرض. إن دخول الجسيمات عالية الطاقة إلى الغلاف الجوي العلوي للأرض وتأثيرها على الغلاف المغناطيسي يؤدي إلى توليد وتضخيم التيارات الكهربائية فيه ، لتصل إلى أعلى شدة في المناطق القطبية من طبقة الأيونوسفير ، وهو سبب ذلك. وجود منطقة نشاط مغناطيسي على خطوط العرض العليا. تظهر التغيرات في أنظمة التيار المغنطيسي والغلاف الأيوني نفسها على سطح الأرض في شكل اضطرابات مغناطيسية غير منتظمة.

في ظاهرة العالم المصغر ، يكون دور المجال المغناطيسي أساسيًا كما هو الحال على النطاق الكوني. ويرجع ذلك إلى وجود جميع الجسيمات - العناصر الهيكلية للمادة (الإلكترونات ، والبروتونات ، والنيوترونات) ، والعزم المغناطيسي ، وكذلك تأثير المجال المغناطيسي على الشحنات الكهربائية المتحركة.

تطبيق المجالات المغناطيسية في العلوم والتكنولوجيا. تنقسم المجالات المغناطيسية عادة إلى ضعيفة (حتى 500 جرام) ومتوسطة (500 جم - 40 كجم) وقوية (40 كجم - 1 مجم) وقوية (أكثر من 1 مجم). تعتمد جميع الهندسة الكهربائية وهندسة الراديو والإلكترونيات عمليًا على استخدام المجالات المغناطيسية الضعيفة والمتوسطة. يتم الحصول على المجالات المغناطيسية الضعيفة والمتوسطة باستخدام المغناطيس الدائم والمغناطيسات الكهربائية والملفات اللولبية غير المبردة والمغناطيسات فائقة التوصيل.

مصادر المجال المغناطيسي

يمكن تقسيم جميع مصادر المجالات المغناطيسية إلى اصطناعية وطبيعية. المصادر الطبيعية الرئيسية للمجال المغناطيسي هي المجال المغناطيسي للأرض والرياح الشمسية. تشمل المصادر الاصطناعية جميع المجالات الكهرومغناطيسية المنتشرة في عالمنا الحديث ، ومنازلنا على وجه الخصوص. اقرأ المزيد عنها ، واقرأ عنها.

يعتبر النقل الكهربائي مصدرًا قويًا للمجال المغناطيسي في النطاق من 0 إلى 1000 هرتز. يستخدم النقل بالسكك الحديدية التيار المتردد. النقل في المدينة دائم. تصل القيم القصوى لتحريض المجال المغناطيسي في النقل الكهربائي في الضواحي إلى 75 T ، ومتوسط ​​القيم حوالي 20 µT. تم إصلاح القيم المتوسطة للمركبات التي تعمل بالتيار المستمر عند 29 µT. في الترام ، حيث يكون سلك الإرجاع عبارة عن قضبان ، فإن المجالات المغناطيسية تعوض بعضها البعض على مسافة أكبر بكثير من أسلاك ترولي باص ، وداخل ترولي باص تكون تقلبات المجال المغناطيسي صغيرة حتى أثناء التسارع. لكن أكبر التقلبات في المجال المغناطيسي تقع في مترو الأنفاق. عند إرسال التكوين ، يكون حجم المجال المغناطيسي على المنصة 50-100 μT وأكثر ، متجاوزًا المجال المغنطيسي الأرضي. حتى عندما يختفي القطار في النفق منذ فترة طويلة ، فإن المجال المغناطيسي لا يعود إلى قيمته السابقة. فقط بعد أن يمر التكوين نقطة الاتصال التالية إلى سكة التلامس ، سيعود المجال المغناطيسي إلى القيمة القديمة. صحيح ، في بعض الأحيان لا يوجد وقت: القطار التالي يقترب بالفعل من المنصة ، وعندما يتباطأ ، يتغير المجال المغناطيسي مرة أخرى. في السيارة نفسها ، يكون المجال المغناطيسي أقوى - 150-200 μT ، أي عشر مرات أكثر من القطار التقليدي.

قيم تحريض المجالات المغناطيسية التي نواجهها في أغلب الأحيان في الحياة اليومية موضحة في الرسم البياني أدناه. بالنظر إلى هذا الرسم البياني ، يتضح أننا نتعرض لمجالات مغناطيسية في كل وقت وفي كل مكان. وفقًا لبعض العلماء ، تعتبر الحقول المغناطيسية التي يزيد تحريضها عن 0.2 ميكرومتر ضارة. بطبيعة الحال ، يجب اتخاذ بعض الاحتياطات لحماية أنفسنا من الآثار الضارة للحقول من حولنا. فقط باتباع بعض القواعد البسيطة ، يمكنك تقليل تأثير المجالات المغناطيسية على جسمك بشكل كبير.

تنص سياسة SanPiN الحالية 2.1.2.2801-10 "التغييرات والإضافات رقم 1 إلى SanPiN 2.1.2.2645-10" المتطلبات الصحية والوبائية لظروف المعيشة في المباني السكنية والمباني "على ما يلي:" الحد الأقصى المسموح به من إضعاف المغنطيسية الأرضية الحقل في مباني المباني السكنية يساوي 1.5 ". تم أيضًا تحديد القيم القصوى المسموح بها لشدة وقوة المجال المغناطيسي بتردد 50 هرتز:

• في أماكن المعيشة - 5 μTأو 4 أ / م;
• في المباني غير السكنية للمباني السكنية ، في المناطق السكنية ، بما في ذلك أراضي قطع أراضي الحدائق - 10 μTأو 8 أ / م.

بناءً على هذه المعايير ، يمكن للجميع حساب عدد الأجهزة الكهربائية التي يمكن تشغيلها وفي حالة الاستعداد في كل غرفة معينة ، أو بناءً على التوصيات التي سيتم إصدارها بشأن تطبيع مساحة المعيشة.

فيديوهات ذات علاقة

فيلم علمي صغير عن المجال المغناطيسي للأرض

مراجع

1. الموسوعة السوفيتية العظمى.