ISANG MAGNETIC FIELD

Ang magnetic field ay isang espesyal na uri ng bagay, hindi nakikita at hindi nakikita ng mga tao,
umiiral nang malaya sa ating kamalayan.
Kahit noong sinaunang panahon, nahulaan ng mga siyentipikong palaisip na mayroong isang bagay sa paligid ng isang magnet.

Magnetic na karayom.

Ang magnetic needle ay isang aparato na kinakailangan kapag pinag-aaralan ang magnetic action ng electric current.
Ito ay isang maliit na magnet na nakakabit sa dulo ng isang karayom ​​at may dalawang poste: hilaga at timog. Ang magnetic needle ay maaaring malayang umiikot sa dulo ng karayom.
Ang hilagang dulo ng magnetic needle ay palaging tumuturo sa "hilaga".
Ang linya na nagkokonekta sa mga pole ng magnetic needle ay tinatawag na axis ng magnetic needle.
Ang isang katulad na magnetic needle ay matatagpuan sa anumang compass - isang aparato para sa pag-orient sa sarili.

Saan nagmula ang magnetic field?

Ang eksperimento ni Oersted (1820) - ay nagpapakita kung paano nakikipag-ugnayan ang isang konduktor na may kasalukuyang sa isang magnetic needle.

Kapag ang electrical circuit ay sarado, ang magnetic needle ay lumihis mula sa orihinal na posisyon nito; kapag ang circuit ay binuksan, ang magnetic needle ay bumalik sa orihinal na posisyon nito.

Lumilitaw ang isang magnetic field sa espasyo sa paligid ng isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang (at sa pangkalahatang kaso sa paligid ng anumang gumagalaw na electric charge).
Ang magnetic forces ng field na ito ay kumikilos sa karayom ​​at pinihit ito.

Sa pangkalahatan, masasabi natin
na ang isang magnetic field ay lumitaw sa paligid ng gumagalaw na mga singil sa kuryente.
Ang electric current at magnetic field ay hindi mapaghihiwalay sa isa't isa.

INTERESTING NA...

Maraming celestial body - mga planeta at bituin - ang may sariling magnetic field.
Gayunpaman, ang aming pinakamalapit na kapitbahay - ang Buwan, Venus at Mars - ay walang magnetic field,
katulad ng makalupa.
___

Natuklasan ni Gilbert na kapag ang isang piraso ng bakal ay inilapit sa isang poste ng magnet, ang isa pang poste ay nagsisimulang makaakit ng mas malakas. Ang ideyang ito ay na-patent lamang 250 taon pagkatapos ng kamatayan ni Gilbert.

Sa unang kalahati ng 90s, nang lumitaw ang mga bagong Georgian na barya - lari,
ang mga lokal na mandurukot ay nakakuha ng mga magnet,
kasi ang metal kung saan ginawa ang mga baryang ito ay mahusay na naakit ng isang magnet!

Kung kukuha ka ng isang dollar bill sa kanto at hahawakan ito malapit sa isang malakas na magnet
(halimbawa, hugis ng horseshoe), na lumilikha ng hindi pare-parehong magnetic field, piraso ng papel
ay lilihis patungo sa isa sa mga poste. May mga iron salts pala ang tinta sa dollar bill.
nagtataglay ng magnetic properties, kaya ang dolyar ay naaakit sa isa sa mga pole ng magnet.

Kung humawak ka ng malaking magnet malapit sa antas ng bula ng karpintero, gagalaw ang bula.
Ang katotohanan ay ang antas ng bubble ay puno ng diamagnetic fluid. Kapag ang naturang likido ay inilagay sa isang magnetic field, isang magnetic field sa kabaligtaran na direksyon ay nilikha sa loob nito, at ito ay itinulak palabas ng field. Samakatuwid, ang bula sa likido ay lumalapit sa magnet.

KAILANGAN MONG ALAM ANG TUNGKOL SA KANILA!

Ang tagapag-ayos ng negosyo ng magnetic compass sa Russian Navy ay isang sikat na deviator scientist,
kapitan ng 1st rank, may-akda ng mga siyentipikong gawa sa teorya ng compass I.P. Belavanets.
Kalahok sa round-the-world na paglalakbay sa frigate na "Pallada" at kalahok sa Crimean War ng 1853-56. Siya ang una sa mundo na nag-demagnetize ng isang barko (1863)
at nalutas ang problema ng pag-install ng mga compass sa loob ng isang bakal na submarino.
Noong 1865 siya ay hinirang na pinuno ng unang Compass Observatory ng bansa sa Kronstadt.

Sabay-sabay nating unawain kung ano ang magnetic field. Pagkatapos ng lahat, maraming tao ang naninirahan sa larangang ito sa buong buhay nila at hindi man lang iniisip ang tungkol dito. Oras na para ayusin ito!

Isang magnetic field

Isang magnetic field- isang espesyal na uri ng bagay. Ito ay nagpapakita ng sarili sa pagkilos sa paglipat ng mga singil sa kuryente at mga katawan na may sariling magnetic moment (permanenteng magnet).

Mahalaga: ang magnetic field ay hindi nakakaapekto sa mga nakatigil na singil! Ang isang magnetic field ay nalilikha din sa pamamagitan ng paggalaw ng mga singil sa kuryente, o ng isang electric field na nagbabago-panahon, o ng mga magnetic moment ng mga electron sa mga atomo. Iyon ay, ang anumang kawad kung saan dumadaloy ang kasalukuyang ay nagiging magnet din!

Isang katawan na may sariling magnetic field.

Ang magnet ay may mga pole na tinatawag na hilaga at timog. Ang mga pagtatalagang "hilaga" at "timog" ay ibinibigay para sa kaginhawahan lamang (tulad ng "plus" at "minus" sa kuryente).

Ang magnetic field ay kinakatawan ng mga linya ng magnetic power. Ang mga linya ng puwersa ay tuloy-tuloy at sarado, at ang kanilang direksyon ay palaging nag-tutugma sa direksyon ng pagkilos ng mga puwersa sa larangan. Kung ang mga metal shaving ay nakakalat sa paligid ng isang permanenteng magnet, ang mga particle ng metal ay magpapakita ng isang malinaw na larawan ng mga linya ng magnetic field na lumalabas sa north pole at pumapasok sa south pole. Graphic na katangian ng isang magnetic field - mga linya ng puwersa.

Mga katangian ng magnetic field

Ang mga pangunahing katangian ng magnetic field ay magnetic induction, magnetic flux At magnetic permeability. Ngunit pag-usapan natin ang lahat sa pagkakasunud-sunod.

Agad nating tandaan na ang lahat ng mga yunit ng pagsukat ay ibinigay sa system SI.

Magnetic induction B – pisikal na dami ng vector, na siyang pangunahing katangian ng puwersa ng magnetic field. Tinutukoy ng liham B . Yunit ng pagsukat ng magnetic induction - Tesla (T).

Ang magnetic induction ay nagpapakita kung gaano kalakas ang field sa pamamagitan ng pagtukoy sa puwersa na ginagawa nito sa isang charge. Ang puwersang ito ay tinatawag Lorentz force.

Dito q - singilin, v - ang bilis nito sa isang magnetic field, B - induction, F - Lorentz na puwersa kung saan kumikilos ang field sa pagsingil.

F– isang pisikal na dami na katumbas ng produkto ng magnetic induction sa pamamagitan ng lugar ng circuit at ang cosine sa pagitan ng induction vector at ang normal sa eroplano ng circuit kung saan dumadaan ang flux. Ang magnetic flux ay isang scalar na katangian ng isang magnetic field.

Masasabi nating ang magnetic flux ay nagpapakilala sa bilang ng mga magnetic induction lines na tumatagos sa isang unit area. Ang magnetic flux ay sinusukat sa Weberach (Wb).

Magnetic permeability– coefficient na tumutukoy sa magnetic properties ng medium. Ang isa sa mga parameter kung saan nakasalalay ang magnetic induction ng isang field ay ang magnetic permeability.

Ang ating planeta ay naging isang malaking magnet sa loob ng ilang bilyong taon. Ang induction ng magnetic field ng Earth ay nag-iiba depende sa mga coordinate. Sa ekwador ito ay humigit-kumulang 3.1 beses 10 sa minus ikalimang kapangyarihan ng Tesla. Bilang karagdagan, mayroong mga magnetic anomalya kung saan ang halaga at direksyon ng patlang ay makabuluhang naiiba mula sa mga kalapit na lugar. Ilan sa pinakamalaking magnetic anomalya sa planeta - Kursk At Mga magnetic anomalya ng Brazil.

Ang pinagmulan ng magnetic field ng Earth ay nananatiling misteryo sa mga siyentipiko. Ipinapalagay na ang pinagmulan ng field ay ang likidong metal na core ng Earth. Ang core ay gumagalaw, na nangangahulugan na ang tinunaw na iron-nickel alloy ay gumagalaw, at ang paggalaw ng mga sisingilin na particle ay ang electric current na bumubuo ng magnetic field. Ang problema ay ang teoryang ito ( geodynamo) ay hindi nagpapaliwanag kung paano pinananatiling matatag ang field.

Ang Earth ay isang malaking magnetic dipole. Ang mga magnetic pole ay hindi nag-tutugma sa mga heograpiko, bagaman sila ay malapit. Bukod dito, gumagalaw ang mga magnetic pole ng Earth. Ang kanilang paglilipat ay naitala mula noong 1885. Halimbawa, sa nakalipas na daang taon, ang magnetic pole sa Southern Hemisphere ay lumipat ng halos 900 kilometro at ngayon ay matatagpuan sa Southern Ocean. Ang poste ng Arctic hemisphere ay gumagalaw sa Arctic Ocean patungo sa East Siberian magnetic anomaly; ang bilis ng paggalaw nito (ayon sa 2004 data) ay humigit-kumulang 60 kilometro bawat taon. Ngayon ay mayroong isang pagbilis ng paggalaw ng mga poste - sa karaniwan, ang bilis ay lumalaki ng 3 kilometro bawat taon.

Ano ang kahalagahan ng magnetic field ng Earth para sa atin? Una sa lahat, pinoprotektahan ng magnetic field ng Earth ang planeta mula sa mga cosmic ray at solar wind. Ang mga naka-charge na particle mula sa malalim na espasyo ay hindi direktang nahuhulog sa lupa, ngunit pinalihis ng isang higanteng magnet at gumagalaw sa mga linya ng puwersa nito. Kaya, ang lahat ng nabubuhay na bagay ay protektado mula sa nakakapinsalang radiation.

Maraming mga kaganapan ang naganap sa buong kasaysayan ng Earth. pagbabaligtad(mga pagbabago) ng mga magnetic pole. baligtad ng poste- ito ay kapag sila ay nagbabago ng mga lugar. Ang huling pagkakataon na nangyari ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay humigit-kumulang 800 libong taon na ang nakalilipas, at sa kabuuan mayroong higit sa 400 geomagnetic inversions sa kasaysayan ng Earth. Naniniwala ang ilang mga siyentipiko na, dahil sa naobserbahang pagbilis ng paggalaw ng mga magnetic pole, ang susunod na poste dapat asahan ang pagbabaligtad sa susunod na dalawang libong taon.

Sa kabutihang palad, ang pagbabago ng poste ay hindi pa inaasahan sa ating siglo. Nangangahulugan ito na maaari mong isipin ang tungkol sa mga kaaya-ayang bagay at tamasahin ang buhay sa magandang lumang permanenteng larangan ng Earth, na isinasaalang-alang ang mga pangunahing katangian at katangian ng magnetic field. At para magawa mo ito, nariyan ang aming mga may-akda, kung saan maaari mong ipagkatiwala nang may kumpiyansa ang ilan sa mga problemang pang-edukasyon nang may kumpiyansa! at iba pang uri ng trabaho na maaari mong i-order gamit ang link.

Magnetic field at mga katangian nito

Balangkas ng lecture:

Magnetic field, mga katangian at katangian nito.

Isang magnetic field- ang anyo ng pagkakaroon ng bagay na nakapalibot sa mga gumagalaw na singil sa kuryente (mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang, permanenteng magnet).

Ang pangalan na ito ay dahil sa ang katunayan na, tulad ng natuklasan ng Danish na pisiko na si Hans Oersted noong 1820, mayroon itong orienting na epekto sa magnetic needle. Eksperimento ni Oersted: isang magnetic needle ang inilagay sa ilalim ng kasalukuyang-dalang wire, umiikot sa isang karayom. Kapag ang kasalukuyang ay naka-on, ito ay naka-install patayo sa wire; kapag nagbago ang direksyon ng agos, lumiko ito sa kabilang direksyon.

Mga pangunahing katangian ng magnetic field:

nabuo sa pamamagitan ng paglipat ng mga singil sa kuryente, mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang, permanenteng magnet at isang alternating electric field;

kumikilos nang may puwersa sa paglipat ng mga singil sa kuryente, kasalukuyang nagdadala ng mga conductor, at magnetized na katawan;

ang isang alternating magnetic field ay bumubuo ng isang alternating electric field.

Mula sa karanasan ni Oersted, sumusunod na ang magnetic field ay direksyon at dapat ay may katangian ng vector force. Ito ay itinalaga at tinatawag na magnetic induction.

Ang magnetic field ay kinakatawan ng grapiko gamit ang magnetic lines of force o magnetic induction lines. Magnetic na kapangyarihan mga linya Ito ang mga linya kung saan ang mga iron filing o ang mga palakol ng maliliit na magnetic needles ay matatagpuan sa isang magnetic field. Sa bawat punto ng naturang linya ang vector ay nakadirekta sa isang padaplis.

Palaging nakasara ang mga linya ng magnetic induction, na nagpapahiwatig ng kawalan ng mga magnetic charge sa kalikasan at ang likas na vortex ng magnetic field.

Conventionally, umalis sila sa north pole ng magnet at pumasok sa timog. Ang density ng mga linya ay pinili upang ang bilang ng mga linya sa bawat yunit na lugar na patayo sa magnetic field ay proporsyonal sa magnitude ng magnetic induction.

N

Magnetic solenoid na may kasalukuyang

Ang direksyon ng mga linya ay tinutukoy ng tamang panuntunan ng turnilyo. Ang isang solenoid ay isang coil na may kasalukuyang, ang mga pagliko nito ay matatagpuan malapit sa isa't isa, at ang diameter ng pagliko ay mas mababa kaysa sa haba ng coil.

Ang magnetic field sa loob ng solenoid ay pare-pareho. Ang isang magnetic field ay tinatawag na uniporme kung ang vector ay pare-pareho sa anumang punto.

Ang magnetic field ng isang solenoid ay katulad ng magnetic field ng isang bar magnet.

SA
Ang kasalukuyang nagdadala ng solenoid ay isang electromagnet.

Ipinapakita ng karanasan na para sa isang magnetic field, tulad ng para sa isang electric field, prinsipyo ng superposisyon: ang induction ng isang magnetic field na nilikha ng ilang mga alon o gumagalaw na singil ay katumbas ng vector sum ng induction ng mga magnetic field na nilikha ng bawat kasalukuyang o singil:

Ang vector ay ipinasok sa isa sa 3 paraan:

a) mula sa batas ng Ampere;

b) sa pamamagitan ng epekto ng isang magnetic field sa isang kasalukuyang-dalang frame;

c) mula sa expression para sa puwersa ng Lorentz.

A eksperimento na itinatag ng mpper na ang puwersa kung saan kumikilos ang isang magnetic field sa isang elemento ng isang conductor na may kasalukuyang I na matatagpuan sa isang magnetic field ay direktang proporsyonal sa puwersa.

kasalukuyang I at ang produkto ng vector ng elemento ng haba at magnetic induction:

- Batas ng Ampere

N
Ang direksyon ng vector ay matatagpuan ayon sa mga pangkalahatang tuntunin ng produkto ng vector, kung saan ang panuntunan ng kaliwang kamay ay sumusunod: kung ang palad ng kaliwang kamay ay nakaposisyon upang ang mga magnetic na linya ng puwersa ay pumasok dito, at ang 4 ang mga pinahabang daliri ay nakadirekta kasama ang kasalukuyang, pagkatapos ay ipapakita ng nakatungo na hinlalaki ang direksyon ng puwersa.

Ang puwersa na kumikilos sa isang wire na may hangganan ang haba ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagsasama sa buong haba.

Kapag I = const, B=const, F = BIlsin

Kung  =90 0, F = BIl

Magnetic field induction- pisikal na dami ng vector, ayon sa bilang na katumbas ng puwersang kumikilos sa isang pare-parehong magnetic field sa isang konduktor ng haba ng yunit na may kasalukuyang yunit, na matatagpuan patayo sa mga magnetic na linya ng puwersa.

Ang 1T ay ang induction ng isang pare-parehong magnetic field, kung saan ang puwersa ng 1N ay kumikilos sa isang 1m na haba na konduktor na may kasalukuyang 1A, na matatagpuan patayo sa mga magnetic na linya ng puwersa.

Sa ngayon ay isinasaalang-alang namin ang mga macrocurrent na dumadaloy sa mga konduktor. Gayunpaman, ayon sa palagay ni Ampere, sa anumang katawan ay may mga microscopic na alon na sanhi ng paggalaw ng mga electron sa mga atomo. Ang mga microscopic molecular current na ito ay lumilikha ng sarili nilang magnetic field at maaaring umikot sa mga field ng macrocurrents, na lumilikha ng karagdagang magnetic field sa katawan. Ang vector ay nagpapakilala sa nagresultang magnetic field na nilikha ng lahat ng macro- at microcurrents, i.e. sa parehong macrocurrent, ang vector sa iba't ibang mga kapaligiran ay may iba't ibang mga halaga.

Ang magnetic field ng macrocurrents ay inilalarawan ng magnetic intensity vector.

Para sa isang homogenous na isotropic medium

,

 0 = 410 -7 H/m - magnetic constant,  0 = 410 -7 N/A 2,

Ang  ay ang magnetic permeability ng medium, na nagpapakita kung gaano karaming beses nagbabago ang magnetic field ng macrocurrents dahil sa field ng microcurrents ng medium.

Magnetic flux. Gauss's theorem para sa magnetic flux.

Daloy ng vector(magnetic flux) sa pamamagitan ng platform dS tinatawag na scalar quantity na katumbas ng

kung saan ang projection papunta sa direksyon ng normal sa site;

Ang  ay ang anggulo sa pagitan ng mga vector at.

Direksyon na elemento sa ibabaw,

Ang vector flux ay isang algebraic na dami,

Kung - kapag umaalis sa ibabaw;

Kung - sa pagpasok sa ibabaw.

Ang pagkilos ng bagay ng magnetic induction vector sa pamamagitan ng isang arbitrary surface S ay katumbas ng

Para sa isang pare-parehong magnetic field = const,

1 Wb - magnetic flux na dumadaan sa isang patag na ibabaw na may isang lugar na 1 m 2 na matatagpuan patayo sa isang pare-parehong magnetic field, ang induction kung saan ay 1 T.

Ang magnetic flux sa ibabaw ng S ay ayon sa bilang na katumbas ng bilang ng mga linya ng magnetic field na tumatawid sa ibabaw na ito.

Dahil ang mga linya ng magnetic induction ay palaging sarado, para sa isang saradong ibabaw ang bilang ng mga linya na pumapasok sa ibabaw (Ф 0), samakatuwid, ang kabuuang pagkilos ng bagay ng magnetic induction sa pamamagitan ng isang saradong ibabaw ay zero.

- Ang teorama ni Gauss: Ang flux ng magnetic induction vector sa anumang saradong ibabaw ay zero.

Ang theorem na ito ay isang mathematical expression ng katotohanan na sa kalikasan ay walang magnetic charges kung saan nagsisimula o nagtatapos ang mga magnetic induction lines.

Ang batas ng Biot-Savart-Laplace at ang aplikasyon nito sa pagkalkula ng mga magnetic field.

Ang magnetic field ng mga direktang agos ng iba't ibang mga hugis ay pinag-aralan nang detalyado ni Fr. mga siyentipiko na sina Biot at Savard. Natagpuan nila na sa lahat ng mga kaso, ang magnetic induction sa isang arbitrary na punto ay proporsyonal sa kasalukuyang lakas at depende sa hugis, laki ng konduktor, ang lokasyon ng puntong ito na may kaugnayan sa konduktor at sa kapaligiran.

Ang mga resulta ng mga eksperimentong ito ay buod ni Fr. mathematician na si Laplace, na isinasaalang-alang ang kalikasan ng vector ng magnetic induction at nag-hypothesize na ang induction sa bawat punto ay, ayon sa prinsipyo ng superposition, ang vector sum ng mga induction ng elementarya na magnetic field na nilikha ng bawat seksyon ng conductor na ito.

Bumuo si Laplace ng isang batas noong 1820, na tinawag na batas ng Biot-Savart-Laplace: bawat elemento ng isang kasalukuyang nagdadala ng conductor ay lumilikha ng magnetic field, ang induction vector na kung saan sa ilang arbitrary point K ay tinutukoy ng formula:

- Batas ng Biot-Savart-Laplace.

Mula sa batas ng Biot-Sauvar-Laplace ay sumusunod na ang direksyon ng vector ay tumutugma sa direksyon ng produkto ng vector. Ang parehong direksyon ay ibinibigay ng panuntunan ng kanang tornilyo (gimlet).

Isinasaalang-alang na,

Ang elemento ng konduktor ay nakadirekta sa kasalukuyang;

Radius vector na kumukonekta sa point K;

Ang batas ng Biot-Savart-Laplace ay praktikal na kahalagahan dahil nagbibigay-daan sa iyo upang mahanap sa isang naibigay na punto sa espasyo ang induction ng magnetic field ng isang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng isang konduktor ng may hangganan na sukat at di-makatwirang hugis.

Para sa isang kasalukuyang ng di-makatwirang hugis, ang gayong pagkalkula ay isang kumplikadong problema sa matematika. Gayunpaman, kung ang kasalukuyang distribusyon ay may tiyak na simetrya, kung gayon ang paggamit ng prinsipyo ng superposisyon kasama ng batas ng Biot-Savart-Laplace ay ginagawang posible upang makalkula ang mga partikular na magnetic field na medyo simple.

Tingnan natin ang ilang halimbawa.

A. Magnetic field ng isang tuwid na konduktor na nagdadala ng kasalukuyang.

para sa isang konduktor na may hangganan ang haba:

para sa isang konduktor na walang katapusang haba:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetic field sa gitna ng circular current:

=90 0 , kasalanan=1,

Eksperimento na natuklasan ni Oersted noong 1820 na ang sirkulasyon sa isang closed loop na nakapalibot sa isang sistema ng macrocurrents ay proporsyonal sa algebraic na kabuuan ng mga alon na ito. Ang koepisyent ng proporsyonalidad ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit at sa SI ay katumbas ng 1.

C
Ang sirkulasyon ng isang vector ay tinatawag na isang closed loop integral.

Ang formula na ito ay tinatawag na circulation theorem o kabuuang kasalukuyang batas:

Ang sirkulasyon ng magnetic field strength vector kasama ang isang arbitrary closed circuit ay katumbas ng algebraic sum ng macrocurrents (o kabuuang kasalukuyang) na sakop ng circuit na ito. kanyang katangian Sa espasyo na nakapalibot sa mga alon at permanenteng magnet, isang puwersa ang lumitaw patlang, tinawag magnetic. Availability magnetic mga patlang ay ipinahayag...

Tungkol sa totoong istraktura ng electromagnetic mga patlang At kanyang katangian pagpapalaganap sa anyo ng mga alon ng eroplano.

Artikulo >> Physics

TUNGKOL SA TUNAY NA STRUCTURE NG ELECTROMAGNETIC MGA LARANGAN AT NIYA MGA KATANGIAN PAGPAPALAD SA ANYO NG MGA AWAY NG EROPLO... ibang mga bahagi ng isang solong mga patlang: electromagnetic patlang may mga bahagi ng vector at, elektrikal patlang may mga bahagi at magnetic patlang may mga bahagi...

Magnetic patlang, mga circuit at induction

Abstract >> Physics

... mga patlang). Basic katangian magnetic mga patlang ay kanyang puwersa na tinutukoy ng vector magnetic induction (induction vector magnetic mga patlang). Sa SI magnetic... pagkakaroon magnetic sandali. Magnetic patlang At kanyang Direksyon ng Parameter magnetic mga linya at...

Magnetic patlang (2)

Abstract >> Physics

Seksyon ng konduktor AB na may kasalukuyang in magnetic patlang patayo kanyang magnetic mga linya. Kapag ipinakita sa figure... ang halaga ay nakasalalay lamang sa magnetic mga patlang at maaaring maglingkod kanyang dami katangian. Ang halagang ito ay tinatanggap...

Magnetic materyales (2)

Abstract >> Ekonomiks

Mga materyales na nakakaugnay sa magnetic patlang, ipinahayag sa kanyang pagbabago, pati na rin sa iba... at pagkatapos ng pagtigil ng pagkakalantad magnetic mga patlang.1. Basic katangian magnetic Nailalarawan ang mga magnetikong katangian ng mga materyales...

Magnetic field at mga katangian nito. Kapag ang isang electric current ay dumaan sa isang konduktor, a isang magnetic field. Isang magnetic field kumakatawan sa isa sa mga uri ng bagay. Mayroon itong enerhiya, na nagpapakita ng sarili sa anyo ng mga electromagnetic na puwersa na kumikilos sa mga indibidwal na gumagalaw na mga singil sa kuryente (mga electron at ions) at sa kanilang mga daloy, i.e. electric current. Sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng electromagnetic, ang paglipat ng mga sisingilin na particle ay lumihis mula sa kanilang orihinal na landas sa isang direksyon na patayo sa field (Larawan 34). Ang magnetic field ay nabuo sa paligid lamang ng mga gumagalaw na singil sa kuryente, at ang pagkilos nito ay umaabot lamang sa mga gumagalaw na singil. Magnetic at electric field hindi mapaghihiwalay at magkasamang bumubuo ng isang solong electromagnetic field. Anumang pagbabago electric field humahantong sa hitsura ng isang magnetic field at, sa kabaligtaran, ang anumang pagbabago sa magnetic field ay sinamahan ng hitsura ng isang electric field. Electromagnetic field kumakalat sa bilis ng liwanag, i.e. 300,000 km/s.

Graphic na representasyon ng magnetic field. Sa graphically, ang magnetic field ay kinakatawan ng magnetic lines of force, na iginuhit upang ang direksyon ng field line sa bawat punto ng field ay tumutugma sa direksyon ng field forces; Ang mga linya ng magnetic field ay palaging tuloy-tuloy at sarado. Ang direksyon ng magnetic field sa bawat punto ay maaaring matukoy gamit ang magnetic needle. Ang north pole ng arrow ay palaging nakatakda sa direksyon ng field forces. Ang dulo ng isang permanenteng magnet, kung saan lumalabas ang mga linya ng field (Larawan 35, a), ay itinuturing na north pole, at ang kabaligtaran na dulo, kung saan pumapasok ang mga linya ng field, ay ang south pole (ang mga linya ng field na dumadaan sa loob ng magnet ay hindi ipinapakita). Ang pamamahagi ng mga linya ng patlang sa pagitan ng mga pole ng isang flat magnet ay maaaring makita gamit ang mga pag-file ng bakal na iwinisik sa isang sheet ng papel na inilagay sa mga pole (Larawan 35, b). Ang magnetic field sa air gap sa pagitan ng dalawang parallel na magkasalungat na pole ng isang permanenteng magnet ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pare-parehong pamamahagi ng mga magnetic force lines (Fig. 36) (mga linya ng field na dumadaan sa loob ng magnet ay hindi ipinapakita).

kanin. 37. Magnetic flux na tumatagos sa coil kapag ang mga posisyon nito ay patayo (a) at inclined (b) na may kaugnayan sa direksyon ng magnetic lines of force.

Para sa isang mas visual na representasyon ng magnetic field, ang mga linya ng field ay inilalagay nang mas madalas o mas siksik. Sa mga lugar na kung saan ang magnetic field ay mas malakas, ang mga linya ng field ay matatagpuan mas malapit sa isa't isa, at sa mga lugar kung saan ito ay mas mahina, sila ay higit na magkahiwalay. Ang mga linya ng puwersa ay hindi nagsalubong kahit saan.

Sa maraming pagkakataon, maginhawang isaalang-alang ang mga magnetic lines ng puwersa bilang ilang nababanat na nakaunat na mga thread na malamang na magkontrata at nagtataboy din sa isa't isa (may mutual lateral thrust). Ang mekanikal na konsepto ng mga linya ng puwersa ay ginagawang posible na malinaw na ipaliwanag ang paglitaw ng mga electromagnetic na pwersa sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng isang magnetic field at isang konduktor na may kasalukuyang, pati na rin ang dalawang magnetic field.

Ang mga pangunahing katangian ng isang magnetic field ay magnetic induction, magnetic flux, magnetic permeability at magnetic field strength.

Magnetic induction at magnetic flux. Ang intensity ng magnetic field, i.e. ang kakayahang gumawa ng trabaho, ay tinutukoy ng isang dami na tinatawag na magnetic induction. Kung mas malakas ang magnetic field na nilikha ng isang permanenteng magnet o electromagnet, mas malaki ang induction na mayroon ito. Ang magnetic induction B ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng density ng mga linya ng magnetic field, i.e., ang bilang ng mga linya ng field na dumadaan sa isang lugar na 1 m 2 o 1 cm 2 na matatagpuan patayo sa magnetic field. Mayroong homogenous at inhomogeneous magnetic field. Sa isang pare-parehong magnetic field, ang magnetic induction sa bawat punto sa field ay may parehong halaga at direksyon. Ang patlang sa puwang ng hangin sa pagitan ng magkasalungat na mga pole ng isang magnet o electromagnet (tingnan ang Fig. 36) ay maaaring ituring na homogenous sa ilang distansya mula sa mga gilid nito. Ang magnetic flux Ф na dumadaan sa anumang ibabaw ay tinutukoy ng kabuuang bilang ng mga magnetic na linya ng puwersa na tumatagos sa ibabaw na ito, halimbawa coil 1 (Fig. 37, a), samakatuwid, sa isang pare-parehong magnetic field

F = BS (40)

kung saan ang S ay ang cross-sectional area ng ibabaw kung saan dumadaan ang mga linya ng magnetic field. Kasunod nito na sa ganoong larangan ang magnetic induction ay katumbas ng flux na hinati ng cross-sectional area S:

B = F/S (41)

Kung ang anumang ibabaw ay matatagpuan nang pahilig na may paggalang sa direksyon ng mga linya ng magnetic field (Larawan 37, b), kung gayon ang flux na tumagos dito ay magiging mas mababa kaysa sa kung ito ay patayo sa posisyon nito, ibig sabihin, ang Ф 2 ay mas mababa sa Ф 1 .

Sa SI system ng mga unit, ang magnetic flux ay sinusukat sa webers (Wb), ang unit na ito ay may dimensyon na V*s (volt-second). Ang magnetic induction sa mga yunit ng SI ay sinusukat sa teslas (T); 1 T = 1 Wb/m2.

Magnetic permeability. Ang magnetic induction ay nakasalalay hindi lamang sa lakas ng kasalukuyang dumadaan sa isang tuwid na conductor o coil, kundi pati na rin sa mga katangian ng daluyan kung saan nilikha ang magnetic field. Ang dami na nagpapakilala sa magnetic properties ng isang medium ay absolute magnetic permeability? A. Ang yunit ng pagsukat nito ay henry bawat metro (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
Sa isang daluyan na may higit na magnetic permeability, ang isang electric current ng isang tiyak na lakas ay lumilikha ng isang magnetic field na may higit na induction. Napagtibay na ang magnetic permeability ng hangin at lahat ng substance, maliban sa ferromagnetic materials (tingnan ang § 18), ay may humigit-kumulang kaparehong halaga ng magnetic permeability ng vacuum. Ang absolute magnetic permeability ng isang vacuum ay tinatawag na magnetic constant, ? o = 4?*10 -7 H/m. Ang magnetic permeability ng ferromagnetic materials ay libu-libo at kahit sampu-sampung libong beses na mas malaki kaysa sa magnetic permeability ng mga non-ferromagnetic substance. Magnetic permeability ratio? at anumang sangkap sa magnetic permeability ng vacuum? o tinatawag na relative magnetic permeability:

? = ? A /? O (42)

Lakas ng magnetic field. Ang intensity At hindi nakasalalay sa mga magnetic na katangian ng daluyan, ngunit isinasaalang-alang ang impluwensya ng kasalukuyang lakas at ang hugis ng mga conductor sa intensity ng magnetic field sa isang naibigay na punto sa espasyo. Ang magnetic induction at tension ay nauugnay sa kaugnayan

H = B/? a = B/(?? o) (43)

Dahil dito, sa isang daluyan na may pare-pareho ang magnetic permeability, ang magnetic field induction ay proporsyonal sa lakas nito.
Ang lakas ng magnetic field ay sinusukat sa mga amperes bawat metro (A/m) o amperes bawat sentimetro (A/cm).

Kapag ikinonekta ang dalawang magkatulad na konduktor sa de-koryenteng kasalukuyang, aakitin o itataboy nila, depende sa direksyon (polarity) ng konektadong kasalukuyang. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang bagay ng paglitaw ng isang espesyal na uri ng bagay sa paligid ng mga konduktor na ito. Ang bagay na ito ay tinatawag na magnetic field (MF). Ang magnetic force ay ang puwersa kung saan kumikilos ang mga konduktor sa isa't isa.

Ang teorya ng magnetism ay lumitaw noong sinaunang panahon, sa sinaunang kabihasnan ng Asya. Sa mga bundok ng Magnesia nakakita sila ng isang espesyal na bato, ang mga piraso nito ay maaaring maakit sa isa't isa. Batay sa pangalan ng lugar, ang batong ito ay tinawag na "magnetic". Ang isang bar magnet ay naglalaman ng dalawang pole. Ang mga magnetic properties nito ay lalo na binibigkas sa mga pole.

Ang isang magnet na nakabitin sa isang sinulid ay magpapakita sa mga gilid ng abot-tanaw kasama ang mga poste nito. Ang mga poste nito ay paikutin sa hilaga at timog. Ang compass device ay gumagana sa prinsipyong ito. Ang magkasalungat na pole ng dalawang magnet ay umaakit, at tulad ng mga pole ay nagtataboy.

Natuklasan ng mga siyentipiko na ang isang magnetized na karayom ​​na matatagpuan malapit sa isang konduktor ay pinalihis kapag ang isang electric current ay dumaan dito. Ito ay nagpapahiwatig na ang isang MP ay nabuo sa paligid nito.

Ang magnetic field ay nakakaapekto sa:

Paglipat ng mga singil sa kuryente.
Mga sangkap na tinatawag na ferromagnets: bakal, cast iron, ang kanilang mga haluang metal.

Ang mga permanenteng magnet ay mga katawan na may karaniwang magnetic moment ng mga sisingilin na particle (mga electron).

1 - Timog poste ng magnet
2 - North pole ng magnet
3 - MP gamit ang halimbawa ng mga metal filing
4 - direksyon ng magnetic field

Lumilitaw ang mga linya ng puwersa kapag ang isang permanenteng magnet ay lumalapit sa isang sheet ng papel kung saan ibinuhos ang isang layer ng mga filing ng bakal. Ang figure ay malinaw na nagpapakita ng mga lokasyon ng mga pole na may mga oriented na linya ng puwersa.

Mga mapagkukunan ng magnetic field

• Nagbabago ang electric field sa paglipas ng panahon.
• Mga singil sa mobile.
• Mga permanenteng magnet.

Pamilyar na tayo sa mga permanenteng magnet mula pagkabata. Ginamit ang mga ito bilang mga laruan na nakakaakit ng iba't ibang bahagi ng metal. Ang mga ito ay nakakabit sa refrigerator, sila ay binuo sa iba't ibang mga laruan.

Ang mga electric charge na kumikilos ay kadalasang may mas maraming magnetic energy kumpara sa mga permanenteng magnet.

Ari-arian

• Ang pangunahing katangian at katangian ng magnetic field ay relativity. Kung iniwan mo ang isang sisingilin na katawan na hindi gumagalaw sa isang tiyak na frame ng sanggunian, at maglagay ng magnetic needle sa malapit, pagkatapos ay ituturo ito sa hilaga, at sa parehong oras ay hindi "makakaramdam" ng isang extraneous field, maliban sa larangan ng lupa. . At kung sisimulan mong ilipat ang isang naka-charge na katawan malapit sa arrow, lilitaw ang isang MP sa paligid ng katawan. Bilang isang resulta, nagiging malinaw na ang MF ay nabuo lamang kapag ang isang tiyak na singil ay gumagalaw.
• Ang isang magnetic field ay maaaring makaimpluwensya at makaimpluwensya sa electric current. Maaari itong matukoy sa pamamagitan ng pagsubaybay sa paggalaw ng mga sisingilin na electron. Sa isang magnetic field, ang mga particle na may singil ay mapalihis, ang mga conductor na may dumadaloy na kasalukuyang ay lilipat. Ang frame na may kasalukuyang supply na konektado ay magsisimulang iikot, at ang mga magnetized na materyales ay lilipat sa isang tiyak na distansya. Ang compass needle ay kadalasang kulay asul. Ito ay isang strip ng magnetized steel. Palaging nakaturo ang compass sa hilaga, dahil may magnetic field ang Earth. Ang buong planeta ay parang isang malaking magnet na may sariling mga poste.

Ang magnetic field ay hindi nakikita ng mga organo ng tao at maaari lamang makita ng mga espesyal na aparato at sensor. Nagmumula ito sa mga variable at permanenteng uri. Ang alternating field ay karaniwang nilikha ng mga espesyal na inductors na nagpapatakbo sa alternating current. Ang isang pare-parehong patlang ay nabuo sa pamamagitan ng isang pare-parehong patlang ng kuryente.

Mga tuntunin

Isaalang-alang natin ang mga pangunahing patakaran para sa paglalarawan ng magnetic field para sa iba't ibang mga konduktor.

Gimlet rule

Ang linya ng puwersa ay inilalarawan sa isang eroplano, na matatagpuan sa isang anggulo ng 90 0 sa landas ng kasalukuyang daloy upang sa bawat punto ang puwersa ay nakadirekta nang tangential sa linya.

Upang matukoy ang direksyon ng magnetic forces, kailangan mong tandaan ang panuntunan ng isang gimlet na may isang kanang kamay na sinulid.

Ang gimlet ay dapat na nakaposisyon kasama ang parehong axis kasama ang kasalukuyang vector, ang hawakan ay dapat na paikutin upang ang gimlet ay gumagalaw sa direksyon ng direksyon nito. Sa kasong ito, ang oryentasyon ng mga linya ay tinutukoy sa pamamagitan ng pag-ikot ng gimlet handle.

Ring gimlet rule

Ang paggalaw ng pagsasalin ng gimlet sa isang konduktor na ginawa sa anyo ng isang singsing ay nagpapakita kung paano nakatuon ang induction; ang pag-ikot ay tumutugma sa daloy ng kasalukuyang.

Ang mga linya ng puwersa ay may pagpapatuloy sa loob ng magnet at hindi maaaring bukas.

Ang magnetic field ng iba't ibang mga mapagkukunan ay idinagdag sa bawat isa. Sa paggawa nito, lumikha sila ng isang karaniwang larangan.

Ang mga magnet na may parehong mga pole ay nagtataboy, at ang mga magnet na may iba't ibang mga pole ay umaakit. Ang halaga ng lakas ng pakikipag-ugnayan ay nakasalalay sa distansya sa pagitan nila. Habang papalapit ang mga poste, tumataas ang puwersa.

Mga parameter ng magnetic field

• Pagkabit ng daloy ( Ψ ).
• Magnetic induction vector ( SA).
• Magnetic flux ( F).

Ang intensity ng magnetic field ay kinakalkula ng laki ng magnetic induction vector, na nakasalalay sa puwersa F, at nabuo ng kasalukuyang I kasama ang isang conductor na may haba. l: B = F / (I * l).

Ang magnetic induction ay sinusukat sa Tesla (T), bilang parangal sa siyentipiko na nag-aral ng mga phenomena ng magnetism at nagtrabaho sa kanilang mga pamamaraan ng pagkalkula. 1 T ay katumbas ng magnetic flux induction force 1 N sa haba 1m tuwid na konduktor sa isang anggulo 90 0 sa direksyon ng field, na may dumadaloy na kasalukuyang ng isang ampere:

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

Panuntunan ng kaliwang kamay

Hinahanap ng panuntunan ang direksyon ng magnetic induction vector.

Kung ang palad ng kaliwang kamay ay inilagay sa patlang upang ang mga linya ng magnetic field ay pumasok sa palad mula sa hilagang poste sa 90 0, at 4 na daliri ang inilagay sa kasalukuyang daloy, ang hinlalaki ay magpapakita ng direksyon ng magnetic force.

Kung ang konduktor ay nasa ibang anggulo, ang puwersa ay direktang magdedepende sa kasalukuyang at ang projection ng konduktor papunta sa eroplano sa tamang anggulo.

Ang puwersa ay hindi nakasalalay sa uri ng materyal na konduktor at sa cross-section nito. Kung walang konduktor, at ang mga singil ay lumipat sa ibang daluyan, kung gayon ang puwersa ay hindi magbabago.

Kapag ang magnetic field vector ay nakadirekta sa isang direksyon ng isang magnitude, ang field ay tinatawag na uniporme. Ang iba't ibang mga kapaligiran ay nakakaapekto sa laki ng induction vector.

Magnetic flux

Ang magnetic induction na dumadaan sa isang tiyak na lugar S at limitado ng lugar na ito ay isang magnetic flux.

Kung ang lugar ay nakahilig sa isang tiyak na anggulo α sa linya ng induction, ang magnetic flux ay nababawasan ng laki ng cosine ng anggulong ito. Ang pinakamalaking halaga nito ay nabuo kapag ang lugar ay nasa tamang mga anggulo sa magnetic induction:

F = B * S.

Ang magnetic flux ay sinusukat sa isang yunit tulad ng "weber", na katumbas ng daloy ng induction ng magnitude 1 T ayon sa lugar sa 1 m2.

Pag-uugnay ng pagkilos ng bagay

Ang konsepto na ito ay ginagamit upang lumikha ng isang pangkalahatang halaga ng magnetic flux, na nilikha mula sa isang tiyak na bilang ng mga conductor na matatagpuan sa pagitan ng mga magnetic pole.

Sa kaso kung saan ang parehong kasalukuyang ako dumadaloy sa isang paikot-ikot na may bilang ng mga liko n, ang kabuuang magnetic flux na nabuo ng lahat ng mga pagliko ay ang flux linkage.

Pag-uugnay ng pagkilos ng bagay Ψ sinusukat sa Webers, at katumbas ng: Ψ = n * Ф.

Magnetic na katangian

Tinutukoy ng magnetic permeability kung gaano kababa o mas mataas ang magnetic field sa isang partikular na medium kaysa sa field induction sa isang vacuum. Ang isang substance ay tinatawag na magnetized kung ito ay gumagawa ng sarili nitong magnetic field. Kapag ang isang sangkap ay inilagay sa isang magnetic field, ito ay nagiging magnetized.

Natukoy ng mga siyentipiko ang dahilan kung bakit nakakakuha ang mga katawan ng magnetic properties. Ayon sa hypothesis ng mga siyentipiko, may mga microscopic electric current sa loob ng mga substance. Ang isang electron ay may sariling magnetic moment, na isang quantum nature, at gumagalaw sa isang tiyak na orbit sa mga atomo. Ang mga maliliit na alon na ito ang tumutukoy sa mga katangian ng magnetic.

Kung ang mga alon ay gumagalaw nang sapalaran, kung gayon ang mga magnetic field na dulot ng mga ito ay nagbabayad sa sarili. Ginagawa ng panlabas na patlang ang mga alon, kaya nabuo ang isang magnetic field. Ito ang magnetization ng substance.

Ang iba't ibang mga sangkap ay maaaring hatiin ayon sa mga katangian ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga magnetic field.

Nahahati sila sa mga pangkat:

Mga Paramagnet– mga sangkap na may mga katangian ng magnetization sa direksyon ng isang panlabas na field at may mababang potensyal para sa magnetism. Mayroon silang positibong lakas sa larangan. Kabilang sa mga naturang sangkap ang ferric chloride, manganese, platinum, atbp.
Mga Ferrimagnets– mga sangkap na may mga magnetic moment na hindi balanse sa direksyon at halaga. Ang mga ito ay nailalarawan sa pagkakaroon ng uncompensated antiferromagnetism. Ang lakas at temperatura ng field ay nakakaapekto sa kanilang magnetic suceptibility (iba't ibang mga oxide).
Ferromagnets– mga sangkap na may tumaas na positibong pagkamaramdamin, depende sa pag-igting at temperatura (mga kristal ng kobalt, nikel, atbp.).
Mga diamagnet– magkaroon ng pag-aari ng magnetization sa kabaligtaran na direksyon ng panlabas na patlang, iyon ay, isang negatibong halaga ng magnetic susceptibility, independiyente sa intensity. Sa kawalan ng isang patlang, ang sangkap na ito ay hindi magkakaroon ng mga magnetic na katangian. Kabilang sa mga sangkap na ito ang: pilak, bismuth, nitrogen, zinc, hydrogen at iba pang mga sangkap.
Antiferromagnets – magkaroon ng balanseng magnetic moment, na nagreresulta sa mababang antas ng magnetization ng substance. Kapag pinainit, nangyayari ang isang phase transition ng substance, kung saan lumilitaw ang paramagnetic properties. Kapag ang temperatura ay bumaba sa ibaba ng isang tiyak na limitasyon, ang mga naturang katangian ay hindi lilitaw (chromium, mangganeso).

Ang mga magnet na isinasaalang-alang ay inuri din sa dalawang higit pang mga kategorya:

Malambot na magnetic na materyales . Mayroon silang mababang coercivity. Sa mga low-power magnetic field maaari silang maging puspos. Sa panahon ng proseso ng pagbabaligtad ng magnetization, nakakaranas sila ng kaunting pagkalugi. Bilang isang resulta, ang mga naturang materyales ay ginagamit para sa produksyon ng mga core ng mga de-koryenteng aparato na tumatakbo sa alternating boltahe (, generator,).
Matigas na magnetic materyales. Mayroon silang tumaas na puwersang mapilit. Upang i-remagnetize ang mga ito, kinakailangan ang isang malakas na magnetic field. Ang ganitong mga materyales ay ginagamit sa paggawa ng mga permanenteng magnet.

Ang mga magnetic na katangian ng iba't ibang mga sangkap ay natagpuan ang kanilang paggamit sa mga proyekto at imbensyon ng engineering.

Mga magnetic circuit

Ang kumbinasyon ng ilang mga magnetic substance ay tinatawag na magnetic circuit. Ang mga ito ay magkatulad at tinutukoy ng magkatulad na mga batas ng matematika.

Ang mga de-koryenteng aparato, inductance, atbp. ay gumagana sa batayan ng mga magnetic circuit. Sa isang gumaganang electromagnet, ang flux ay dumadaloy sa isang magnetic circuit na gawa sa ferromagnetic material at hangin, na hindi ferromagnetic. Ang kumbinasyon ng mga sangkap na ito ay isang magnetic circuit. Maraming mga de-koryenteng aparato ang naglalaman ng mga magnetic circuit sa kanilang disenyo.