Manyetik alan ve özellikleri. manyetik alan nedir

İyi günler, bugün öğreneceksin manyetik alan nedir ve nereden geliyor.

Gezegendeki her insan en az bir kez, ancak mıknatıs elde. Hatıralık buzdolabı mıknatıslarından veya demir polen toplamak için çalışan mıknatıslardan ve çok daha fazlasından başlayarak. Çocukken black metale yapışan ama diğer metallere yapışmayan komik bir oyuncaktı. Peki mıknatısın ve onun sırrının sırrı nedir? manyetik alan.

manyetik alan nedir

Mıknatıs hangi noktada kendine doğru çekmeye başlar? Her mıknatısın etrafında, içine düşen nesnelerin kendisine çekilmeye başladığı bir manyetik alan vardır. Böyle bir alanın boyutu, mıknatısın boyutuna ve kendi özelliklerine bağlı olarak değişebilir.

Vikipedi terimi:

Manyetik alan - hareketlerinin durumuna bakılmaksızın, elektromanyetik alanın manyetik bileşeni olan hareketli elektrik yüklerine ve manyetik momentli cisimlere etki eden bir kuvvet alanı.

Manyetik alan nereden geliyor

Manyetik alan, yüklü parçacıkların akımı veya atomlardaki elektronların manyetik momentlerinin yanı sıra çok daha az ölçüde de olsa diğer parçacıkların manyetik momentleri tarafından oluşturulabilir.

Manyetik alanın tezahürü

Manyetik alan, parçacıkların ve cisimlerin manyetik momentleri üzerindeki etkisinde, hareketli yüklü parçacıklar veya iletkenler üzerindeki etkide kendini gösterir. Manyetik alanda hareket eden elektrik yüklü bir parçacığa etkiyen kuvvet, Lorentz kuvveti denir, her zaman v ve B vektörlerine dik yönlendirilir. Bu, q parçacığının yüküyle orantılıdır, v hızının bileşeni, B manyetik alan vektörünün yönüne dik ve manyetik alan indüksiyonunun büyüklüğü B.

Hangi nesnelerin manyetik alanı vardır

Çoğu zaman bunun hakkında düşünmeyiz, ancak etrafımızdaki nesnelerin çoğu (hepsi değilse de) mıknatıstır. Mıknatısın kendine doğru belirgin bir çekim kuvveti olan bir çakıl taşı olmasına alışkınız, ancak aslında hemen hemen her şeyin bir çekim kuvveti vardır, sadece çok daha düşüktür. En azından gezegenimizi alalım - yüzeye hiçbir şeyle tutunmasak da uzaya uçmuyoruz. Dünya'nın alanı, bir çakıl taşı mıknatısının alanından çok daha zayıftır, bu nedenle bizi yalnızca büyük boyutu nedeniyle tutar - daha önce Ay'da yürüyen insanları gördüyseniz (çapı dört kat daha küçüktür), açıkça anlayacaksınız. neden bahsettiğimizi anlayın. Dünyanın çekiciliği büyük ölçüde metal bileşenlere dayanmaktadır.Kabuğu ve çekirdeği - güçlü bir manyetik alana sahiptirler. Büyük demir cevheri yataklarının yakınında, pusulaların kuzeye doğru yönü göstermeyi bıraktığını duymuş olabilirsiniz - bunun nedeni pusulanın prensibinin manyetik alanların etkileşimine dayanmasıdır ve demir cevheri iğnesini çeker.

bir manyetik alan bu, elektrik akımı kaynaklarının yanı sıra kalıcı mıknatısların çevresinde ortaya çıkan meseledir. Uzayda, manyetik alan, manyetize edilmiş cisimleri etkileyebilecek kuvvetlerin bir kombinasyonu olarak görüntülenir. Bu eylem, moleküler düzeyde tahrik deşarjlarının varlığı ile açıklanmaktadır.

Manyetik alan yalnızca hareket halindeki elektrik yüklerinin çevresinde oluşur. Bu nedenle manyetik ve elektrik alanlar ayrılmazdır ve birlikte oluşur. elektromanyetik alan. Manyetik alanın bileşenleri birbirine bağlıdır ve özelliklerini değiştirerek birbirlerine etki eder.

Manyetik alan özellikleri:
1. Manyetik alan, elektrik akımının itici yüklerinin etkisi altında ortaya çıkar.
2. Herhangi bir noktasında, manyetik alan adı verilen bir fiziksel nicelik vektörü ile karakterize edilir. manyetik indüksiyon, manyetik alanın kuvvet özelliğidir.
3. Manyetik alan sadece mıknatısları, iletken iletkenleri ve hareketli yükleri etkileyebilir.
4. Manyetik alan sabit ve değişken tipte olabilir
5. Manyetik alan sadece özel cihazlarla ölçülür ve insan duyuları tarafından algılanamaz.
6. Manyetik alan elektrodinamiktir, çünkü yalnızca yüklü parçacıkların hareketi sırasında üretilir ve yalnızca hareket halindeki yükleri etkiler.
7. Yüklü parçacıklar dik bir yörünge boyunca hareket eder.

Manyetik alanın boyutu, manyetik alanın değişim hızına bağlıdır. Buna göre iki tür manyetik alan vardır: dinamik manyetik alan ve yerçekimi manyetik alanı. yerçekimi manyetik alanı sadece temel parçacıkların yakınında ortaya çıkar ve bu parçacıkların yapısal özelliklerine bağlı olarak oluşur.

manyetik moment bir manyetik alan iletken bir çerçeveye etki ettiğinde oluşur. Başka bir deyişle, manyetik moment, çerçeveye dik uzanan doğru üzerinde bulunan bir vektördür.

Manyetik alan grafik olarak gösterilebilir manyetik kuvvet çizgileri kullanarak. Bu çizgiler, alan kuvvetlerinin yönü, alan çizgisinin kendi yönü ile çakışacak şekilde çizilir. Manyetik alan çizgileri süreklidir ve aynı zamanda kapalıdır.

Manyetik alanın yönü manyetik bir iğne kullanılarak belirlenir. Kuvvet çizgileri ayrıca mıknatısın polaritesini de belirler, kuvvet çizgilerinin çıkışı ile uç kuzey kutbu ve bu çizgilerin girişi ile uç güney kutbudur.

Sıradan demir tozları ve bir kağıt parçası kullanarak manyetik alanı görsel olarak değerlendirmek çok uygundur.
Kalıcı bir mıknatısın üzerine bir yaprak kağıt koyarsak ve üstüne talaş serpersek, demir parçacıkları manyetik alan çizgilerine göre sıralanır.

İletken için kuvvet çizgilerinin yönü, ünlüler tarafından uygun bir şekilde belirlenir. gimlet kuralı veya sağ el kuralı. İletkeni başparmak akım yönüne bakacak şekilde (eksiden artıya) elimizle tutarsak, kalan 4 parmak bize manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterecektir.

Ve Lorentz kuvvetinin yönü - manyetik alanın yüklü bir parçacık veya akım ile iletken üzerinde hareket ettiği kuvvet, buna göre sol el kuralı.
Sol eli manyetik bir alana yerleştirirsek, 4 parmak iletkendeki akım yönüne bakar ve kuvvet çizgileri avuç içine girerse, başparmak Lorentz kuvvetinin yönünü, üzerine etki eden kuvveti gösterecektir. Manyetik alana yerleştirilen iletken.

Bununla ilgili. Yorumlarda herhangi bir soru sorduğunuzdan emin olun.

Manyetik alan, mıknatıslar tarafından oluşturulan ve akım ile iletkenler (hareket eden yüklü parçacıklar) tarafından oluşturulan ve mıknatısların, akım ile iletkenlerin (hareket eden yüklü parçacıklar) etkileşimi ile tespit edilebilen özel bir madde şeklidir.

Oersted'in deneyimi

Elektrik ve manyetik fenomenler arasında derin bir bağlantı olduğunu gösteren ilk deneyler (1820'de gerçekleştirildi), Danimarkalı fizikçi H. Oersted'in deneyleriydi.

İletkenin yanında bulunan manyetik iğne, iletkende akım açıldığında belirli bir açıyla döner. Devre açıldığında ok orijinal konumuna geri döner.

G. Oersted'in deneyiminden, bu iletkenin etrafında bir manyetik alan olduğu sonucu çıkar.

Amper deneyimi
Bir elektrik akımının aktığı iki paralel iletken birbiriyle etkileşir: akımlar aynı yönde ise çekerler ve zıt yönde ise iterler. Bunun nedeni iletkenlerin çevresinde oluşan manyetik alanların etkileşimidir.

Manyetik alan özellikleri

1. Maddi olarak, yani bizden ve onun hakkındaki bilgimizden bağımsız olarak var olur.

2. Mıknatıslar, akımlı iletkenler (hareket eden yüklü parçacıklar) tarafından yaratılmıştır.

3. Mıknatısların, iletkenlerin akımla etkileşimi ile tespit edilir (hareket eden yüklü parçacıklar)

4. Mıknatıslara, iletkenlere akımla (hareket eden yüklü parçacıklar) bir miktar kuvvetle etki eder.

5. Doğada manyetik yükler yoktur. Kuzey ve güney kutuplarını ayırıp tek kutuplu bir beden elde edemezsiniz.

6. Cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının nedeni Fransız bilim adamı Ampère tarafından bulundu. Ampere, herhangi bir cismin manyetik özelliklerinin, içindeki kapalı elektrik akımları tarafından belirlendiği sonucunu ortaya koydu.

Bu akımlar, elektronların atomdaki yörüngelerdeki hareketini temsil eder.

Bu akımların dolaştığı düzlemler, cismi oluşturan moleküllerin termal hareketinden dolayı birbirlerine göre rastgele yerleştirilmişlerse, etkileşimleri karşılıklı olarak dengelenir ve cisim herhangi bir manyetik özellik göstermez.

Ve tam tersi: elektronların döndüğü düzlemler birbirine paralelse ve normallerin bu düzlemlere olan yönleri çakışırsa, bu tür maddeler dış manyetik alanı arttırır.

7. Manyetik kuvvetler, manyetik kuvvet çizgileri olarak adlandırılan belirli yönlerde bir manyetik alan içinde hareket eder. Onların yardımıyla, belirli bir durumda manyetik alanı uygun ve net bir şekilde gösterebilirsiniz.

Manyetik alanı daha doğru bir şekilde tasvir etmek için, alanın daha güçlü olduğu yerlerde, daha yoğun bulunan kuvvet çizgilerini, yani. birbirine daha yakın. Ve bunun tersi, alanın daha zayıf olduğu yerlerde alan çizgileri daha küçük bir sayıda gösterilir, yani. daha az sıklıkla yer alır.

8. Manyetik alan, manyetik indüksiyon vektörünü karakterize eder.

Manyetik indüksiyon vektörü, manyetik alanı karakterize eden bir vektör miktarıdır.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönü, belirli bir noktada serbest manyetik iğnenin kuzey kutbunun yönü ile çakışmaktadır.

Alan indüksiyon vektörünün yönü ve akım gücü I, “sağ vida (gile) kuralı” ile ilişkilidir:

pervazı iletkendeki akım yönünde vidalarsanız, kolun ucunun belirli bir noktada hareket hızının yönü, bu noktada manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışacaktır.

/ bir manyetik alan

Konu: Manyetik alan

Hazırlayan: Baigarashev D.M.

Kontrol eden: Gabdullina A.T.

bir manyetik alan

İki paralel iletken bir akım kaynağına bağlanırsa, aralarından bir elektrik akımı geçerse, o zaman, içlerindeki akımın yönüne bağlı olarak, iletkenler ya iter ya da çeker.

Bu fenomenin açıklaması, özel bir madde türünün iletkenlerinin etrafındaki görünüm açısından mümkündür - bir manyetik alan.

Akım taşıyan iletkenlerin etkileştiği kuvvetlere denir. manyetik.

bir manyetik alan- bu, belirli bir özelliği, hareketli bir elektrik yükü üzerindeki etkisi, akımlı iletkenler, manyetik momentli cisimler, yük hızı vektörüne bağlı bir kuvvetle, akım gücünün yönü olan özel bir madde türüdür. iletken ve vücudun manyetik momenti yönünde.

Manyetizmanın tarihi eski zamanlara, Küçük Asya'nın eski uygarlıklarına kadar uzanır. Magnesia'daki Küçük Asya topraklarında, örnekleri birbirini çeken bir kaya bulundu. Alanın adına göre bu tür örneklere "mıknatıs" denilmeye başlandı. Çubuk veya at nalı şeklindeki herhangi bir mıknatısın kutup adı verilen iki ucu vardır; manyetik özelliklerinin en belirgin olduğu yer burasıdır. Bir ipe bir mıknatıs asarsanız, kutuplardan biri daima kuzeyi gösterir. Pusula bu prensibe dayanmaktadır. Serbest duran bir mıknatısın kuzeye bakan kutbuna, mıknatısın kuzey kutbu (N) denir. Zıt kutup güney kutbu (S) olarak adlandırılır.

Manyetik kutuplar birbirleriyle etkileşir: benzer kutuplar birbirini iter ve farklı kutuplar birbirini çeker. Benzer şekilde, bir elektrik yükünü çevreleyen elektrik alanı kavramı, bir mıknatısın etrafındaki manyetik alan kavramını ortaya çıkarır.

1820'de Oersted (1777-1851), bir elektrik iletkeninin yanında bulunan manyetik bir iğnenin, iletkenden akım geçtiğinde saptığını, yani akım taşıyan iletkenin etrafında bir manyetik alan oluştuğunu keşfetti. Akım olan bir çerçeve alırsak, o zaman dış manyetik alan çerçevenin manyetik alanı ile etkileşime girer ve üzerinde bir yönlendirme etkisi vardır, yani çerçevenin, dış manyetik alanın üzerinde maksimum döndürme etkisinin olduğu bir konumu vardır. ve tork kuvvetinin sıfır olduğu bir konum vardır.

Herhangi bir noktadaki manyetik alan, olarak adlandırılan B vektörü ile karakterize edilebilir. manyetik indüksiyon vektörü veya manyetik indüksiyon noktada.

Manyetik indüksiyon B, bir noktadaki manyetik alanın bir kuvvet özelliği olan bir vektör fiziksel niceliğidir. Düzgün bir alana yerleştirilmiş akım ile bir döngüye etki eden maksimum mekanik kuvvetlerin momentinin, döngüdeki akım kuvvetinin ürününe ve alanına oranına eşittir:

Manyetik indüksiyon vektörü B'nin yönü, sağ vida kuralı ile çerçevedeki akımla ilgili olan, mekanik moment sıfıra eşit olan, çerçeveye pozitif normalin yönü olarak alınır.

Elektrik alan şiddeti çizgileri gösterildiği gibi, manyetik alan indüksiyon çizgileri de gösterilmiştir. Manyetik alanın indüksiyon çizgisi, teğeti B noktasında çakışan hayali bir çizgidir.

Belirli bir noktadaki manyetik alanın yönleri, aşağıdakileri gösteren yön olarak da tanımlanabilir.

o noktaya yerleştirilen pusula iğnesinin kuzey kutbu. Manyetik alanın indüksiyon çizgilerinin kuzey kutbundan güneye doğru yönlendirildiğine inanılmaktadır.

Düz bir iletkenden akan bir elektrik akımı tarafından oluşturulan manyetik alanın manyetik indüksiyon çizgilerinin yönü, bir pervaz veya sağ vida kuralı ile belirlenir. Vida başının dönüş yönü, elektrik akımı yönünde translasyon hareketini sağlayacak olan manyetik indüksiyon hatlarının yönü olarak alınır (Şekil 59).

nerede n 01 = 4 Pi 10-7V s / (A m). - manyetik sabit, R - mesafe, I - iletkendeki akım gücü.

Pozitif yükle başlayıp negatif yükle biten elektrostatik alan çizgilerinin aksine, manyetik alan çizgileri her zaman kapalıdır. Elektrik yüküne benzer bir manyetik yük bulunamadı.

Bir tesla (1 T) bir indüksiyon birimi olarak alınır - 1 m2'lik bir alana sahip bir çerçeve üzerinde maksimum 1 Nm torkun etki ettiği böyle bir düzgün manyetik alanın indüksiyonu, içinden 1 akımın geçtiği Bir akar.

Bir manyetik alanın indüksiyonu, bir manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvet tarafından da belirlenebilir.

Bir manyetik alana yerleştirilmiş akıma sahip bir iletken, değeri aşağıdaki ifadeyle belirlenen Amper kuvvetine tabi tutulur:

burada ben iletkendeki akım gücüdür, ben- iletkenin uzunluğu, B, manyetik indüksiyon vektörünün modülüdür ve vektör ile akımın yönü arasındaki açıdır.

Amper kuvvetinin yönü sol elin kuralı ile belirlenebilir: sol elin avuç içi, manyetik indüksiyon çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırılır, iletkendeki akım yönünde dört parmak yerleştirilir, sonra bükülmüş başparmak Amper kuvvetinin yönünü gösterir.

I = q 0 nSv olduğunu düşünürsek ve bu ifadeyi (3.21) yerine koyarsak, F = q 0 nSh/B sin elde ederiz. a. İletkenin belirli bir hacmindeki partikül sayısı (N) N = nSl, sonra F = q 0 NvB sin a.

Bir manyetik alanda hareket eden ayrı bir yüklü parçacık üzerinde manyetik alan tarafından etki eden kuvveti belirleyelim:

Bu kuvvete Lorentz kuvveti (1853-1928) denir. Lorentz kuvvetinin yönü sol elin kuralı ile belirlenebilir: sol elin avuç içi, manyetik indüksiyon çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırılır, dört parmak pozitif yükün hareket yönünü gösterir, başparmak bükülmüş, Lorentz kuvvetinin yönünü gösterir.

I 1 ve I 2 akımlarının aktığı iki paralel iletken arasındaki etkileşim kuvveti şuna eşittir:

nerede ben- bir iletkenin manyetik alan içindeki kısmı. Akımlar aynı yönde ise iletkenler çekilir (Şekil 60), zıt yönde ise itilirler. Her bir iletkene etki eden kuvvetler zıt yönde, büyüklük olarak eşittir. Formül (3.22), 1 amper (1 A) akım gücü birimini belirlemek için ana formüldür.

Bir maddenin manyetik özellikleri, alanı tamamen dolduran bir maddedeki bir manyetik alanın B indüksiyonunun, bir manyetik alanın B 0 indüksiyonundan mutlak değerde kaç kez farklı olduğunu gösteren, skaler bir fiziksel nicelik - manyetik geçirgenlik ile karakterize edilir. vakumda:

Manyetik özelliklerine göre, tüm maddeler ayrılır diamanyetik, paramanyetik ve ferromanyetik.

Maddelerin manyetik özelliklerinin doğasını düşünün.

Maddenin atomlarının kabuğundaki elektronlar farklı yörüngelerde hareket eder. Basit olması için, bu yörüngelerin dairesel olduğunu ve atom çekirdeğinin etrafında dönen her elektronun dairesel bir elektrik akımı olarak kabul edilebileceğini düşünüyoruz. Her elektron dairesel bir akım gibi yörünge diyeceğimiz bir manyetik alan yaratır. Ek olarak, bir atomdaki elektronun spin alanı adı verilen kendi manyetik alanı vardır.

B 0 indüksiyonu ile harici bir manyetik alana verildiğinde, maddenin içinde indüksiyon B oluşturulursa< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n 1).

Diyamanyetik malzemelerde, harici bir manyetik alanın yokluğunda, elektronların manyetik alanları dengelenir ve bir manyetik alana girdiklerinde, bir atomun manyetik alanının indüksiyonu dış alana karşı yönlendirilir. Diamagnet dış manyetik alanın dışına itilir.

saat paramanyetik malzemelerde, atomlardaki elektronların manyetik indüksiyonu tam olarak dengelenmez ve atomun bir bütün olarak küçük bir kalıcı mıknatıs gibi olduğu ortaya çıkar. Genellikle maddede tüm bu küçük mıknatıslar keyfi olarak yönlendirilir ve tüm alanlarının toplam manyetik indüksiyonu sıfıra eşittir. Harici bir manyetik alana bir paramagnet yerleştirirseniz, tüm küçük mıknatıslar - atomlar pusula iğneleri gibi harici manyetik alanda döner ve maddedeki manyetik alan artar ( n >= 1).

ferromanyetik olan malzemelerdir n 1. Sözde alanlar, spontan manyetizasyonun makroskopik bölgeleri, ferromanyetik malzemelerde oluşturulur.

Farklı alanlarda, manyetik alanların indüksiyonu farklı yönlere sahiptir (Şekil 61) ve büyük bir kristalde

karşılıklı olarak birbirini telafi eder. Bir ferromanyetik numune bir dış manyetik alana sokulduğunda, tek tek alanların sınırları kaydırılır, böylece dış alan boyunca yönlendirilen alanların hacmi artar.

B 0 dış alanının indüksiyonundaki bir artışla, manyetize edilmiş maddenin manyetik indüksiyonu artar. B 0'ın bazı değerleri için, indüksiyon keskin büyümesini durdurur. Bu fenomene manyetik doygunluk denir.

Ferromanyetik malzemelerin karakteristik bir özelliği, malzemedeki indüksiyonun, değiştikçe dış manyetik alanın indüksiyonuna belirsiz bağımlılığından oluşan histerezis olgusudur.

Manyetik histerezis döngüsü, malzemedeki indüksiyonun dış alanın indüksiyonunun genliğine bağımlılığını, ikincisinde periyodik olarak oldukça yavaş bir değişiklikle ifade eden kapalı bir eğridir (cdc`d`c).

Histerezis döngüsü, aşağıdaki değerlerle karakterize edilir B s , B r , B c . B s - B 0s'de malzemenin endüksiyonunun maksimum değeri; B r - harici manyetik alanın indüksiyonu B 0s'den sıfıra düştüğünde malzemedeki indüksiyon değerine eşit artık indüksiyon; -B c ve B c - zorlayıcı kuvvet - malzemedeki indüksiyonu artıktan sıfıra değiştirmek için gerekli olan harici manyetik alanın indüksiyonuna eşit bir değer.

Her ferromanyet için, üzerinde ferromanyetik özelliklerini kaybettiği bir sıcaklık (Curie noktası (J. Curie, 1859-1906) vardır.

Mıknatıslanmış bir ferromıknatısı demanyetize hale getirmenin iki yolu vardır: a) Curie noktasının üzerinde ısıt ve soğut; b) malzemeyi, yavaş yavaş azalan bir genliğe sahip alternatif bir manyetik alanla manyetize edin.

Düşük artık indüksiyon ve zorlayıcı kuvvete sahip ferromıknatıslara yumuşak manyetik denir. Bir ferromıknatısın sıklıkla yeniden manyetize edilmesi gereken cihazlarda (trafo çekirdekleri, jeneratörler, vb.) uygulama bulurlar.

Büyük bir zorlayıcı kuvvete sahip manyetik olarak sert ferromıknatıslar, kalıcı mıknatısların üretimi için kullanılır.

DAİRESEL AKIM EKSENİ ÜZERİNDEKİ MANYETİK ALANIN İNDÜKSİYONUNUN BELİRLENMESİ

Amaç : manyetik alanın özelliklerini incelemek, manyetik indüksiyon kavramını tanımak. Dairesel akımın eksenindeki manyetik alanın indüksiyonunu belirleyin.

Teorik giriş. Bir manyetik alan. Doğada bir manyetik alanın varlığı, en basitleri hareketli yükler (akımlar), akım ve kalıcı bir mıknatıs, iki kalıcı mıknatısın etkileşimi olan sayısız fenomende kendini gösterir. bir manyetik alan vektör . Bu, uzaydaki her noktada nicel açıklaması için manyetik indüksiyon vektörünün ayarlanması gerektiği anlamına gelir. Bazen bu miktar basitçe denir manyetik indüksiyon . Manyetik indüksiyon vektörünün yönü, uzayda düşünülen noktada bulunan ve diğer etkilerden bağımsız olan manyetik iğnenin yönü ile çakışmaktadır.

Manyetik alan bir kuvvet alanı olduğundan, kullanılarak gösterilmiştir. manyetik indüksiyon hatları - her noktada teğetleri alanın bu noktalarındaki manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan çizgiler. Manyetik indüksiyon değerine eşit, 'ye dik tek bir alan boyunca bir dizi manyetik indüksiyon çizgisi çizmek gelenekseldir. Böylece, hat yoğunluğu değere karşılık gelir. AT . Deneyler, doğada manyetik yüklerin olmadığını göstermektedir. Bunun sonucu, manyetik indüksiyon hatlarının kapalı olmasıdır. Manyetik alan denir homojen bu alanın tüm noktalarındaki endüksiyon vektörleri aynıysa, yani mutlak değerde eşittirler ve aynı yönlere sahiptirler.

Manyetik alan için, Üstüste binme ilkesi: birkaç akım veya hareketli yük tarafından oluşturulan sonuçtaki alanın manyetik indüksiyonu vektör toplamı her akım veya hareketli yük tarafından oluşturulan manyetik indüksiyon alanları.

Düzgün bir manyetik alanda, düz bir iletkene etki edilir. amper gücü:

iletkenin uzunluğuna mutlak değerde eşit bir vektör nerede ben ve akımın yönü ile çakışan ben bu iletkende.

Amper kuvvetinin yönü belirlenir. sağ vida kuralı(vektörler , ve sağ elle vida sistemi oluşturur): Sağdan dişli bir vida vektörler tarafından oluşturulan düzleme dik olarak yerleştirilir ve en küçük açı boyunca döndürülürse, vidanın öteleme hareketi kuvvetin yönünü gösterecektir.Skaler formda, bağıntı (1) şu şekilde yazılabilir:

F=Ben× ben× B× günah bir veya (2).

Son ilişkiden aşağıdaki manyetik indüksiyonun fiziksel anlamı : düzgün bir alanın manyetik indüksiyonu, alanın yönüne dik yerleştirilmiş 1 A, 1 m uzunluğunda bir iletkene etkiyen kuvvete sayısal olarak eşittir.

Manyetik indüksiyon için SI birimi Tesla (Tl): .

Dairesel akımın manyetik alanı. Bir elektrik akımı sadece bir manyetik alanla etkileşmekle kalmaz, aynı zamanda onu yaratır. Deneyimler, boşlukta bir akım elemanının uzayda bir noktada indüksiyonla bir manyetik alan oluşturduğunu göstermektedir.

(3) ,

orantılılık katsayısı nerede, m 0 \u003d 4p × 10-7 H / m manyetik sabittir, sayısal olarak iletken elemanın uzunluğuna eşit ve temel akım ile çakışan bir vektördür, iletken elemandan alanın dikkate alınan noktasına çizilen yarıçap vektörüdür, r yarıçap vektörünün modülüdür. İlişki (3), Biot ve Savart tarafından deneysel olarak kurulmuş, Laplace tarafından analiz edilmiştir ve bu nedenle Biot-Savart-Laplace yasası. Sağ vida kuralına göre, söz konusu noktadaki manyetik indüksiyon vektörü, mevcut elemana ve yarıçap vektörüne dik olduğu ortaya çıkıyor.

Biot-Savart-Laplace yasasına ve süperpozisyon ilkesine dayanarak, keyfi konfigürasyondaki iletkenlerde akan elektrik akımlarının manyetik alanlarının hesaplanması, iletkenin tüm uzunluğu boyunca entegre edilerek gerçekleştirilir. Örneğin, yarıçaplı dairesel bir bobinin merkezindeki manyetik alanın manyetik indüksiyonu R akımın içinden geçtiği ben , eşittir:

Dairesel ve doğru akımların manyetik indüksiyon çizgileri Şekil 1'de gösterilmiştir. Dairesel akımın ekseninde manyetik indüksiyon çizgisi düzdür. Manyetik indüksiyonun yönü, devredeki akımın yönü ile ilgilidir. sağ vida kuralı. Dairesel akıma uygulandığı gibi, şu şekilde formüle edilebilir: eğer sağ elini kullanan bir vida dairesel akım yönünde döndürülürse, vidanın öteleme hareketi manyetik indüksiyon hatlarının yönünü, teğetleri de gösterecektir. her noktada manyetik indüksiyon vektörü ile çakışır.

, (5)

nerede R halkanın yarıçapı, X halkanın merkezinden manyetik indüksiyonun belirlendiği eksen üzerindeki noktaya olan mesafedir.

Manyetik alan tanımı nedir..??

Roger

Modern fizikte, "Manyetik alan", bir manyetik kuvvetin hareketli elektrik yükleri üzerindeki etkisine yol açan kuvvet alanlarından biri olarak kabul edilir. Bir manyetik alan, elektrik yüklerini, genellikle elektrik akımlarını ve ayrıca alternatif bir elektrik alanını hareket ettirerek oluşturulur. Prensipte elektrodinamik tarafından yasaklanmayan manyetik yüklerin varlığı olasılığı hakkında bir hipotez vardır, ancak şimdiye kadar bu tür yükler (manyetik tek kutuplar) keşfedilmemiştir. Maxwell'in elektrodinamiği çerçevesinde, manyetik alanın elektrik alanıyla yakından ilişkili olduğu ortaya çıktı ve bu da tek bir elektromanyetik alan kavramının ortaya çıkmasına neden oldu.
Alan fiziği, manyetik alana karşı tutumu biraz değiştirir. İlk olarak, manyetik yüklerin prensipte var olamayacağını kanıtlar. İkincisi, manyetik alan, elektrik alanına eşit bağımsız bir alan değil, elektrik yüklerinin hareketi sırasında ortaya çıkan üç dinamik düzeltmeden biri olarak ortaya çıkıyor. Bu nedenle alan fiziği, yalnızca elektrik alanını temel kabul eder ve manyetik kuvvet, elektrik etkileşiminin türevlerinden biri haline gelir.
not profesör elbette bir dulavratotu, ancak ekipman onunla birlikte ....

Marie

Manyetik alan - zamanla değişen bir elektrik alanının varlığında ortaya çıkan elektromanyetik alanın bir bileşeni. Ek olarak, yüklü parçacıkların akımı veya atomlardaki elektronların manyetik momentleri (kalıcı mıknatıslar) tarafından bir manyetik alan oluşturulabilir. Bir manyetik alanın ana özelliği, manyetik indüksiyon vektörü \vec(\mathbf(B)) tarafından belirlenen gücüdür. SI'da manyetik indüksiyon Tesla (T) ile ölçülür.
Fiziksel özellikler
Manyetik alan, zamanla değişen bir elektrik alanı veya parçacıkların içsel manyetik momentleri tarafından oluşturulur. Ek olarak, yüklü parçacıkların akımıyla manyetik alan oluşturulabilir. Basit durumlarda, Biot-Savart-Laplace yasasından veya dolaşım teoreminden (aynı zamanda Ampère yasasıdır) bulunabilir. Daha karmaşık durumlarda, Maxwell denklemlerine bir çözüm olarak aranır.
Manyetik alan, parçacıkların ve cisimlerin manyetik momentleri, hareketli yüklü parçacıklar (veya akımlı iletkenler) üzerindeki etkisinde kendini gösterir. Manyetik alanda hareket eden yüklü bir parçacığa etkiyen kuvvete Lorentz kuvveti denir. Parçacığın yükü ve alanın vektör ürünü ve parçacığın hızı ile orantılıdır.
matematiksel temsil
Uzayda sıfır sapma ile bir alan oluşturan bir vektör miktarı.

bir manyetik alan- hareketli elektrik yükleri - akımlar etrafında var olan özel bir madde şekli.

Manyetik alanın kaynakları kalıcı mıknatıslar, akımlı iletkenlerdir. Manyetik bir iğnenin, akım taşıyan bir iletkenin ve hareketli yüklü parçacıkların hareketiyle bir manyetik alanı tespit edebilirsiniz.

Manyetik alanı incelemek için kapalı bir düz akım taşıyan devre (akım taşıyan döngü) kullanılır.

İlk kez, 1820'de Oersted tarafından, içinden akımın aktığı bir iletkenin yanındaki manyetik iğnenin dönüşü keşfedildi. Amper, içinden akımın geçtiği iletkenlerin etkileşimini gözlemledi: iletkenlerdeki akımlar bir yönde akarsa, iletkenler çeker, iletkenlerdeki akımlar zıt yönlerde akarsa, iterler.

Manyetik alan özellikleri:

manyetik alan malzemedir;
kaynak ve alan göstergesi - elektrik akımı;
manyetik alan girdaptır - kuvvet çizgileri (manyetik indüksiyon çizgileri) kapalıdır;
alan kaynağından uzaklaştıkça alanın büyüklüğü azalır.

Önemli!
Manyetik alan potansiyel değildir. Kapalı bir yörünge üzerindeki çalışması sıfıra eşit olmayabilir.

manyetik etkileşim Elektriksel olarak nötr iletkenlerin içinden bir elektrik akımı geçtiğinde çekme veya itme olarak adlandırın.

Hareketli elektrik yüklerinin manyetik etkileşimi şu şekilde açıklanır: her hareket eden elektrik yükü, uzayda hareketli yüklü parçacıklar üzerinde hareket eden bir manyetik alan yaratır.

Manyetik alanın kuvvet özelliği - manyetik indüksiyon vektörü\(\vec(B) \) . Manyetik indüksiyon vektörünün modülü, akım taşıyan iletken üzerindeki manyetik alandan etki eden kuvvetin maksimum değerinin iletkendeki akım kuvvetine oranına eşittir \ (I \) ve uzunluğu \ ( l \) :

Tanımı \(\vec(B) \) , SI'daki ölçü birimi tesla (T)'dir.

1 T, 1 A'lık bir akımda iletkenin uzunluğunun her metresinde maksimum 1 N'lik bir kuvvetin etki ettiği böyle bir manyetik alanın indüksiyonudur.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönü bir manyetik alanda serbestçe kurulmuş bir manyetik iğnenin güney kutbundan kuzey kutbuna doğru (bir manyetik iğnenin kuzey kutbunu gösteren yön) ile çakışır.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönü şu şekilde belirlenebilir: gimlet kuralı:

jiletin öteleme hareketinin yönü iletkendeki akımın yönü ile çakışıyorsa, o zaman jilet kolunun dönüş yönü manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışır.

Birkaç alanın manyetik indüksiyonunu belirlemek için kullanılır Üstüste binme ilkesi:

birkaç kaynak tarafından oluşturulan sonuçtaki alanın manyetik indüksiyonu, her bir kaynak tarafından ayrı ayrı oluşturulan alanların manyetik indüksiyonlarının vektör toplamına eşittir:

Manyetik indüksiyon vektörünün her noktasında büyüklük ve yön bakımından aynı olduğu alana denir. homojen.

Görsel olarak, manyetik alan manyetik çizgiler veya manyetik indüksiyon çizgileri şeklinde gösterilir. Manyetik indüksiyon hattı- bu, manyetik indüksiyon vektörünün kendisine teğet olarak yönlendirildiği herhangi bir noktada hayali bir çizgidir.

Manyetik çizgilerin özellikleri:

manyetik çizgiler süreklidir;
manyetik hatlar kapalıdır (yani doğada elektrik yüklerine benzer manyetik yükler yoktur);
manyetik çizgilerin akımın yönü ile ilgili bir yönü vardır.

Düzenlemenin yoğunluğu, alanın büyüklüğünü yargılamayı mümkün kılar: çizgiler ne kadar yoğunsa, alan o kadar güçlü olur.

Düzgün bir manyetik alana yerleştirilmiş akımlı düz bir kapalı devrede, kuvvetlerin momenti \ (M \) :

nerede \(I \) iletkendeki akım gücüdür, \(S \) kontur tarafından kapsanan yüzey alanıdır, \(B \) manyetik indüksiyon vektörünün modülüdür, \ (\alpha \) - kontur düzlemine dik ile manyetik indüksiyon vektörü arasındaki açı.

Daha sonra manyetik indüksiyon vektörünün modülü için şu formülü yazabiliriz:

burada maksimum kuvvet momenti \(\alpha \) = 90° açısına karşılık gelir.

Bu durumda, manyetik indüksiyon çizgileri çerçevenin düzleminde yer alır ve denge konumu kararsızdır. Döngünün düzleminin manyetik indüksiyon hatlarına dik olması durumunda, döngünün akımla konumu kararlı olacaktır.

kalıcı mıknatıslar- bunlar manyetizasyonu uzun süre koruyan cisimlerdir, yani bir manyetik alan oluştururlar.

Mıknatısların ana özelliği, demir veya alaşımlarından (örneğin çelik) yapılmış gövdeleri çekmektir. Mıknatıslar doğal (manyetik demir cevherinden) ve manyetize demir şeritler olan yapaydır. Bir mıknatısın manyetik özelliklerinin en belirgin olduğu alanlara kutup denir. Bir mıknatısın iki kutbu vardır: Kuzey \(N \) ve Güney \(S \) .

Önemli!
Mıknatısın dışında, manyetik çizgiler kuzey kutbundan çıkar ve güney kutbuna girer.

Bir mıknatısın kutuplarını ayıramazsınız.

Amper, kalıcı mıknatıslarda bir manyetik alanın varlığını açıkladı. Hipotezine göre, mıknatısı oluşturan moleküllerin içinde temel elektrik akımları dolaşır. Bu akımlar belirli bir şekilde yönlendirilirse, eylemleri toplanır ve vücut manyetik özellikler sergiler. Bu akımlar rastgele düzenlenirse, hareketleri karşılıklı olarak dengelenir ve vücut manyetik özellikler göstermez.

Mıknatıslar etkileşime girer: manyetik kutupların birbirini itmesi gibi, zıt kutuplar birbirini çeker.

Akım taşıyan bir iletkenin manyetik alanı

Akım taşıyan bir iletkenden geçen bir elektrik akımı, çevredeki boşlukta bir manyetik alan oluşturur. İletkenden geçen akım ne kadar büyük olursa, çevresinde oluşan manyetik alan o kadar güçlü olur.

Bu alanın manyetik kuvvet çizgileri, merkezinde akım taşıyan bir iletken bulunan eşmerkezli daireler boyunca düzenlenmiştir.

Akım olan bir iletkenin etrafındaki manyetik alan çizgilerinin yönü, her zaman iletkenden geçen akımın yönü ile tam olarak uyumludur.

Manyetik alan çizgilerinin yönü belirlenebilir gimlet kuralına göre: pervazın (1) translasyon hareketi iletkendeki akımın (2) yönü ile çakışıyorsa, sapının dönüşü iletken etrafındaki manyetik alanın kuvvet çizgilerinin (4) yönünü gösterecektir. .

Akımın yönü değiştiğinde manyetik alan çizgileri de yön değiştirir.

İletkenden uzaklaştıkça, manyetik kuvvet çizgileri daha az sıklıkta görülür. Sonuç olarak, manyetik alan indüksiyonu azalır.

İletkendeki akımın yönü, akım bize gidiyorsa genellikle bir nokta ile ve akım bizden uzağa yönlendiriliyorsa bir çarpı ile temsil edilir.

Düşük akımlarda güçlü manyetik alanlar elde etmek için akım taşıyan iletkenlerin sayısı genellikle artırılır ve bir dizi dönüş şeklinde gerçekleştirilir; böyle bir cihaza bobin denir.

Bobin şeklinde bükülmüş bir iletkende, bu iletkenin tüm bölümlerinin oluşturduğu manyetik alanlar bobin içinde aynı yöne sahip olacaktır. Bu nedenle, bobin içindeki manyetik alanın yoğunluğu, doğrusal iletken çevresinde olduğundan daha büyük olacaktır. Dönüşler bir bobin halinde birleştirildiğinde, bireysel dönüşler tarafından oluşturulan manyetik alanlar toplanır. Bu durumda bobin içindeki alan çizgilerinin konsantrasyonu artar, yani içindeki manyetik alan artar.

Bobinden ne kadar fazla akım geçerse ve o kadar fazla dönüş olursa, bobinin oluşturduğu manyetik alan o kadar güçlü olur. Bobinin dışındaki manyetik alan ayrıca bireysel dönüşlerin manyetik alanlarından oluşur, ancak manyetik kuvvet çizgileri o kadar yoğun değildir, bunun sonucunda oradaki manyetik alanın yoğunluğu bobinin içindeki kadar büyük değildir.

Akım olan bir bobinin manyetik alanı, doğrusal bir kalıcı mıknatısın alanıyla aynı şekle sahiptir: manyetik kuvvet çizgileri bobinin bir ucundan çıkar ve diğer ucuna girer. Bu nedenle, akımı olan bir bobin yapay bir elektrik mıknatısıdır. Genellikle, manyetik alanı güçlendirmek için bobinin içine bir çelik çekirdek yerleştirilir; bu bobin denir elektromanyetik.

Bobinin akımla manyetik indüksiyon çizgilerinin yönü şu şekilde bulunur: sağ el kuralı:

Bobini sağ elinizin avuç içi ile zihinsel olarak kavrarsanız, dört parmak akımın dönüşlerindeki yönünü gösterecek şekilde, başparmak manyetik indüksiyon vektörünün yönünü gösterecektir.

Bir bobin veya bobin tarafından oluşturulan manyetik alanın çizgilerinin yönünü belirlemek için ayrıca kullanabilirsiniz. gimlet kuralı:

pervazın sapını bobin veya bobindeki akım yönünde döndürürseniz, pervazın öteleme hareketi manyetik indüksiyon vektörünün yönünü gösterecektir.

Elektromıknatıslar teknolojide son derece geniş uygulama alanı bulmuştur. Bir elektromıknatısın polaritesi (manyetik alanın yönü) sağ el kuralı kullanılarak da belirlenebilir.

Amper gücü

Amper gücü- manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvet.

Amper yasası:\(I \) uzunluğunda \(l \) indüksiyonlu bir manyetik alana yerleştirilen bir iletken \(\vec(B) \) modülü şuna eşit olan bir kuvvete maruz kalır:

nerede \(\alpha \) , akım taşıyan iletken ile manyetik indüksiyon vektörü \(\vec(B) \) arasındaki açıdır.

Amper kuvvetinin yönü belirlenir. sol el kuralı: sol elin avuç içi, iletkene dik olan manyetik indüksiyon vektörünün \ (B_ \ perp \) bileşeni avuç içine girecek ve uzanmış dört parmak iletkendeki akımın yönünü gösterecek şekilde konumlandırılmışsa, o zaman 90° bükülmüş başparmak Amper kuvvetinin yönünü gösterecektir.

Amper kuvveti merkezi değildir. Manyetik indüksiyon hatlarına dik olarak yönlendirilir.

Amper gücü yaygın olarak kullanılmaktadır. Teknik cihazlarda, içinden bir elektrik akımının aktığı iletkenler kullanılarak bir manyetik alan oluşturulur. Elektromıknatıslar, elektrik devrelerini uzaktan kapatmak için bir elektromekanik rölede, bir manyetik vinçte, bir bilgisayar sabit diskinde, bir VCR kayıt kafasında, bir TV kineskopunda, bir bilgisayar monitöründe kullanılır. Günlük yaşamda, ulaşımda ve endüstride elektrik motorları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir elektromıknatısın kalıcı bir mıknatısın alanıyla etkileşimi, elektriksel ölçüm cihazlarının (ampermetre, voltmetre) oluşturulmasını mümkün kıldı.

Bir elektrik motorunun en basit modeli, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanına yerleştirilmiş bir akıma sahip bir çerçevedir. Gerçek elektrik motorlarında kalıcı mıknatıslar yerine elektromıknatıslar, çerçeve yerine çok sayıda tel dönüşü olan sargılar kullanılır.

Elektrik motoru verimliliği:

burada \ (N \) motor tarafından geliştirilen mekanik güçtür.

Elektrik motorunun verimi çok yüksektir.

Akım taşıyan iletkenler üzerindeki manyetik alanın etkisiyle ilgili problemleri çözmek için algoritma:

İletkeni veya devreyi akımla ve alan kuvvet çizgilerinin yönünü gösteren şematik bir çizim yapın;
alanın yönü ile konturun bireysel elemanları arasındaki açıları işaretleyin;
sol el kuralı ile akım taşıyan bir iletkene veya devrenin her bir elemanına etki eden Amper kuvvetinin yönünü belirleyiniz ve bu kuvvetleri çizim üzerinde gösteriniz;
iletken veya devre üzerinde etkili olan diğer tüm kuvvetleri belirtin;
problemde bahsedilen kuvvetlerin geri kalanı için formüller yazın. Kuvvetleri, bağlı oldukları miktarlar cinsinden ifade edin. İletken dengedeyse, denge durumunu yazmak gerekir (kuvvetlerin ve kuvvetlerin momentlerinin toplamının sıfıra eşit olması);
Newton'un ikinci yasasını vektör biçiminde ve izdüşümde yazar;
kontrol etmek için çözüm.

Lorentz kuvveti

Lorentz kuvveti manyetik alan tarafından hareket eden yüklü bir parçacığa etkiyen kuvvettir.

Lorentz kuvvetini bulmak için formül:

nerede \(q \) parçacık yüküdür, \(v \) parçacık hızıdır, \(B \) manyetik indüksiyon vektörünün modülüdür, (\alpha \) parçacık hızı vektörü ile manyetik indüksiyon vektörü arasındaki açı.

Lorentz kuvvetinin yönü şu şekilde belirlenir: sol el kuralı: sol elin avuç içi, iletkene dik manyetik indüksiyon vektörünün \(B_\perp \) bileşeni avuç içine girecek şekilde konumlandırılmışsa ve dört uzanmış parmak, pozitif yüklü bir hızın yönünü gösterir. parçacık, daha sonra başparmak 90 ° bükülmüş Lorenz kuvvetinin yönünü gösterecektir.

Parçacığın yükü negatifse, kuvvetin yönü tersine çevrilir.

Önemli!
Hız vektörü manyetik indüksiyon vektörü ile birlikte yönlendirilirse, parçacık düzgün ve doğrusal hareket eder.

Düzgün bir manyetik alanda, Lorentz kuvveti parçacığın yörüngesini büker.

Hız vektörü manyetik indüksiyon vektörüne dik ise, parçacık yarıçapı şuna eşit olan bir daire boyunca hareket eder:

nerede \(m \) parçacığın kütlesi, \(v \) parçacığın hızıdır, \(B \) manyetik indüksiyon vektörünün modülüdür, \(q \ ) parçacığın yüküdür.

Bu durumda Lorentz kuvveti merkezcil bir kuvvet rolü oynar ve işi sıfırdır. Parçacık dönüşünün periyodu (frekansı), dairenin yarıçapına ve parçacığın hızına bağlı değildir. Bir parçacığın dönüş periyodunu hesaplama formülü:

Yüklü bir parçacığın açısal hızı:

Önemli!
Lorentz kuvveti, parçacığın kinetik enerjisini ve hızının modülünü değiştirmez. Lorentz kuvvetinin etkisi altında parçacığın hızının yönü değişir..

Hız vektörü \(\alpha \) (0°) açısına yönlendiriliyorsa< \(\alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

Bu durumda, parçacığın hız vektörü, biri \(\vec(v)_2 \) , \(\vec(B) \) vektörüne paralel olan iki hız vektörünün toplamı olarak temsil edilebilir, ve diğeri, \(\vec (v)_1 \) , ona diktir. \(\vec(v)_1 \) vektörü modulo veya yönü değiştirmez. \(\vec(v)_2 \) vektörü yön değiştirir. Lorentz kuvveti, hareket eden parçacığa \(\vec(v)_1 \) hız vektörüne dik bir ivme verecektir. Parçacık bir daire içinde hareket edecektir. Bir parçacığın daire içindeki dönüş periyodu \ (T \) 'dir.

Böylece, endüksiyon çizgisi boyunca düzgün bir hareket, \(\vec(B) \) vektörüne dik bir düzlemde dairesel bir hareket tarafından üst üste bindirilecektir. Parçacık bir sarmal boyunca \(h=v_2T \) adımıyla hareket eder.

Önemli!
Parçacık elektrik ve manyetik alanlarda hareket ederse, toplam Lorentz kuvveti:

Yüklü bir parçacığın manyetik alandaki hareketinin özellikleri kütle spektrometrelerinde kullanılır - yüklü parçacıkların kütlelerini ölçmek için cihazlar; parçacık hızlandırıcılar; "Tokamak" tesisatlarında plazmanın ısı yalıtımı için.

Manyetik (ve elektrik) alanın yüklü parçacıklar üzerindeki etkisiyle ilgili problemleri çözmek için algoritma:

bir çizim yapın, üzerinde manyetik (ve elektrik) alanın kuvvet çizgilerini belirtin, parçacığın ilk hızının vektörünü çizin ve yükünün işaretini işaretleyin;
yüklü bir parçacık üzerine etki eden kuvvetleri betimler;
parçacık yörüngesinin türünü belirlemek;
manyetik alan yönünde ve ona dik yönde yüklü bir parçacık üzerine etkiyen kuvvetleri genişletmek;
kuvvetlerin genişleme yönlerinin her birinde maddi bir noktanın dinamiğinin temel denklemini oluşturun;
kuvvetleri bağlı oldukları miktarlar cinsinden ifade eder;
bilinmeyen bir miktar için elde edilen denklem sistemini çöz;
kontrol etmek için çözüm.

"Manyetik alan" bölümünün temel formülleri

Dünyanın manyetik alanı

Manyetik alan, hareket halinden bağımsız olarak, hareketli elektrik yüklerine ve manyetik momenti olan cisimlere etki eden bir kuvvet alanıdır.

Makroskopik bir manyetik alanın kaynakları, manyetize edilmiş cisimler, akım taşıyan iletkenler ve elektrik yüklü hareket eden cisimlerdir. Bu kaynakların doğası aynıdır: manyetik alan, yüklü mikropartiküllerin (elektronlar, protonlar, iyonlar) hareketinin bir sonucu olarak ve ayrıca mikropartiküllerde kendi (spin) manyetik momentlerinin varlığından dolayı ortaya çıkar.

Elektrik alan zamanla değiştiğinde alternatif bir manyetik alan da oluşur. Buna karşılık, manyetik alan zamanla değiştiğinde, bir elektrik alanı ortaya çıkar. Aralarındaki ilişkideki elektrik ve manyetik alanların tam bir açıklaması Maxwell denklemleri ile verilmektedir. Manyetik alanı karakterize etmek için, kuvvet alan çizgileri (manyetik indüksiyon çizgileri) kavramı sıklıkla tanıtılır.

Manyetik alanın özelliklerini ve maddelerin manyetik özelliklerini ölçmek için çeşitli tipte manyetometreler kullanılır. CGS sisteminde manyetik alan indüksiyonunun birimi Gauss (Gs), Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs'dir. Yoğunluk sırasıyla oersted (Oe) ve metre başına amper (A / m, 1 A / m \u003d 0.01256 Oe; manyetik alan enerjisi - Erg / cm 2 veya J / m 2, 1 J / m 2 cinsinden ölçülür. \u003d 10 erg/cm2.

Pusula tepki verir
dünyanın manyetik alanına

Doğadaki manyetik alanlar, hem ölçekleri hem de sebep oldukları etkiler bakımından son derece çeşitlidir. Dünya'nın manyetosferini oluşturan Dünya'nın manyetik alanı, Güneş yönünde 70-80 bin km, ters yönde ise milyonlarca km'ye kadar uzanır. Dünya yüzeyinde, manyetik alan ortalama olarak 50 μT, manyetosfer sınırında ~ 10 -3 G'dir. Jeomanyetik alan, Dünya'nın yüzeyini ve biyosferi, güneş rüzgarından ve kısmen kozmik ışınlardan gelen yüklü parçacıkların akışından korur. Jeomanyetik alanın kendisinin organizmaların hayati aktivitesi üzerindeki etkisi manyetobiyoloji tarafından incelenir. Dünya'ya yakın uzayda, manyetik alan, yüksek enerjili yüklü parçacıklar için manyetik bir tuzak oluşturur - Dünya'nın radyasyon kuşağı. Radyasyon kuşağında bulunan parçacıklar, uzay uçuşları sırasında önemli bir tehlike oluşturur. Dünyanın manyetik alanının kökeni, Dünya'nın çekirdeğindeki iletken bir sıvı maddenin konvektif hareketleriyle ilişkilidir.

Uzay aracının yardımıyla yapılan doğrudan ölçümler, Dünya'ya en yakın kozmik cisimlerin - Ay, Venüs ve Mars gezegenlerinin, dünyanınkine benzer kendi manyetik alanlarına sahip olmadığını gösterdi. Güneş sistemindeki diğer gezegenlerden sadece Jüpiter ve görünüşe göre Satürn, gezegensel manyetik tuzaklar oluşturmaya yetecek kendi manyetik alanlarına sahiptir. Jüpiter'de 10 gauss'a kadar manyetik alanlar ve bir dizi karakteristik fenomen (manyetik fırtınalar, senkrotron radyo emisyonu ve diğerleri) bulundu, bu da manyetik alanın gezegensel süreçlerde önemli bir rolü olduğunu gösteriyor.

Gezegenler arası manyetik alan esas olarak güneş rüzgarının alanıdır (güneş koronasının sürekli genişleyen plazması). Dünya yörüngesinin yakınında, gezegenler arası alan ~ 10 -4 -10 -5 Gs'dir. Gezegenler arası manyetik alanın düzenliliği, çeşitli plazma kararsızlığı türlerinin gelişmesi, şok dalgalarının geçişi ve güneş patlamaları tarafından üretilen hızlı parçacık akışlarının yayılması nedeniyle bozulabilir.

Güneş'teki tüm süreçlerde - parlamalarda, lekelerin ve çıkıntıların ortaya çıkmasında, güneş kozmik ışınlarının doğuşunda, manyetik alan önemli bir rol oynar. Zeeman etkisine dayalı ölçümler, güneş lekelerinin manyetik alanının birkaç bin gauss'a ulaştığını, belirginliklerin ~ 10-100 gauss'luk alanlar tarafından tutulduğunu gösterdi (Güneş'in toplam manyetik alanının ortalama değeri ~ 1 gauss).

Manyetik fırtınalar

Manyetik fırtınalar, karasal manyetizma unsurlarının düzgün günlük seyrini keskin bir şekilde bozan, Dünya'nın manyetik alanının güçlü bozukluklarıdır. Manyetik fırtınalar birkaç saatten birkaç güne kadar sürer ve Dünya genelinde aynı anda gözlenir.

Kural olarak, manyetik fırtınalar bir kurtarma aşamasının yanı sıra ön, başlangıç ve ana aşamalardan oluşur. İlk aşamada, jeomanyetik alanda (esas olarak yüksek enlemlerde) ve ayrıca karakteristik kısa süreli alan salınımlarının uyarılmasında önemsiz değişiklikler gözlenir. Başlangıç aşaması, Dünya genelindeki bireysel alan bileşenlerinde ani bir değişiklik ile karakterize edilir ve ana aşama, büyük alan dalgalanmaları ve yatay bileşende güçlü bir düşüş ile karakterize edilir. Manyetik fırtına kurtarma aşamasında, alan normal değerine döner.

Güneş rüzgarının etkisi
dünyanın manyetosferine

Manyetik fırtınalar, Güneş'in aktif bölgelerinden gelen güneş plazmasının sakin bir güneş rüzgarı üzerine bindirilmesinden kaynaklanır. Bu nedenle, manyetik fırtınalar daha sık 11 yıllık güneş aktivitesi döngüsünün maksimumuna yakın gözlenir. Dünya'ya ulaşan güneş plazma akışları, manyetosferin sıkışmasını artırarak manyetik bir fırtınanın ilk aşamasına neden olur ve kısmen Dünya'nın manyetosferine nüfuz eder. Yüksek enerjili parçacıkların Dünya'nın üst atmosferine girmesi ve manyetosfer üzerindeki etkileri, içinde elektrik akımlarının oluşmasına ve amplifikasyonuna yol açarak iyonosferin kutup bölgelerinde en yüksek yoğunluğa ulaşır. yüksek enlemli bir manyetik aktivite bölgesinin varlığı. Manyetosferik-iyonosferik akım sistemlerindeki değişiklikler, Dünya yüzeyinde düzensiz manyetik rahatsızlıklar şeklinde kendini gösterir.

Mikrokozmos fenomeninde, manyetik alanın rolü, kozmik ölçekte olduğu kadar önemlidir. Bu, tüm parçacıkların varlığından kaynaklanmaktadır - maddenin yapısal elemanları (elektronlar, protonlar, nötronlar), manyetik bir moment ve ayrıca bir manyetik alanın hareketli elektrik yükleri üzerindeki etkisi.

Manyetik alanların bilim ve teknolojide uygulanması. Manyetik alanlar genellikle zayıf (500 Gs'ye kadar), orta (500 Gs - 40 kGs), güçlü (40 kGs - 1 MGs) ve süper güçlü (1 MG'nin üzerinde) olarak alt bölümlere ayrılır. Pratik olarak tüm elektrik mühendisliği, radyo mühendisliği ve elektronik, zayıf ve orta manyetik alanların kullanımına dayanmaktadır. Kalıcı mıknatıslar, elektromıknatıslar, soğutulmamış solenoidler, süper iletken mıknatıslar kullanılarak zayıf ve orta manyetik alanlar elde edilir.

Manyetik alan kaynakları

Tüm manyetik alan kaynakları yapay ve doğal olarak ayrılabilir. Manyetik alanın ana doğal kaynakları, Dünya'nın kendi manyetik alanı ve güneş rüzgarıdır. Yapay kaynaklar, modern dünyamızda ve özellikle evlerimizde bol miktarda bulunan tüm elektromanyetik alanları içerir. Hakkında daha fazla bilgi edinin ve bizimkileri okuyun.

Elektrikli taşıma, 0 ila 1000 Hz aralığında güçlü bir manyetik alan kaynağıdır. Demiryolu taşımacılığı alternatif akım kullanır. Şehir içi ulaşım kalıcıdır. Banliyö elektrik taşımacılığında manyetik alan indüksiyonunun maksimum değerleri 75 µT'ye ulaşır, ortalama değerler yaklaşık 20 µT'dir. DC tahrikli araçlar için ortalama değerler 29 µT olarak sabitlenmiştir. Dönüş telinin ray olduğu tramvaylarda, manyetik alanlar bir troleybüsün tellerinden çok daha büyük bir mesafede birbirini telafi eder ve troleybüsün içinde manyetik alan dalgalanmaları hızlanma sırasında bile küçüktür. Ancak manyetik alandaki en büyük dalgalanmalar metroda oluyor. Kompozisyon gönderildiğinde, platform üzerindeki manyetik alanın büyüklüğü jeomanyetik alanı aşan 50-100 μT ve daha fazladır. Tren tünelde çoktan gözden kaybolmuş olsa bile, manyetik alan eski değerine dönmez. Ancak bileşim, kontak rayına bir sonraki bağlantı noktasını geçtikten sonra, manyetik alan eski değerine dönecektir. Doğru, bazen zamanı olmaz: bir sonraki tren zaten platforma yaklaşıyor ve yavaşladığında manyetik alan tekrar değişiyor. Arabanın kendisinde, manyetik alan daha da güçlü - 150-200 μT, yani geleneksel bir trenden on kat daha fazla.

Günlük hayatta en sık karşılaştığımız manyetik alanların indüksiyon değerleri aşağıdaki şemada gösterilmektedir. Bu şemaya bakıldığında, her zaman ve her yerde manyetik alanlara maruz kaldığımız açıkça ortaya çıkıyor. Bazı bilim adamlarına göre, indüksiyonu 0,2 µT'nin üzerinde olan manyetik alanlar zararlı olarak kabul edilir. Doğal olarak etrafımızdaki alanların zararlı etkilerinden kendimizi korumak için bazı önlemler alınmalıdır. Sadece birkaç basit kuralı izleyerek, manyetik alanların vücudunuz üzerindeki etkisini önemli ölçüde azaltabilirsiniz.

Mevcut SanPiN 2.1.2.2801-10 “SanPiN 2.1.2.2645-10'da 1 Numaralı Değişiklikler ve Ekler” “Konut binalarında ve tesislerde yaşam koşulları için sıhhi ve epidemiyolojik gereklilikler” şunları belirtir: “Jeomanyetiğin izin verilen maksimum zayıflama seviyesi konut binalarının tesislerinde alan 1.5" e eşit olarak ayarlanmıştır. 50 Hz frekanslı manyetik alanın yoğunluğunun ve gücünün izin verilen maksimum değerleri de belirlenir:

yaşam alanlarında - 5 μT veya 4A/m;
konut binalarının konut dışı binalarında, bahçe arazileri de dahil olmak üzere konut alanlarında - 10 μT veya sabah 8.

Bu standartlara dayanarak, herkes her bir odada kaç tane elektrikli cihazın açık ve bekleme durumunda olabileceğini veya yaşam alanının normalleştirilmesi için hangi tavsiyelerin verileceğini hesaplayabilir.

İlgili videolar

Dünyanın manyetik alanı hakkında küçük bir bilimsel film

Referanslar

1. Büyük Sovyet Ansiklopedisi.