دعونا نفهم معًا ما هو المجال المغناطيسي. بعد كل شيء ، يعيش الكثير من الناس في هذا المجال طوال حياتهم ولا يفكرون فيه حتى. حان الوقت لاصلاحه!

مجال مغناطيسي

مجال مغناطيسي – نوع خاصموضوع. يتجلى في العمل عند تحريك الشحنات الكهربائية والأجسام التي لها عزم مغناطيسي خاص بها (مغناطيس دائم).

هام: المجال المغناطيسي لا يعمل على الشحنات الثابتة! يتم إنشاء مجال مغناطيسي أيضًا عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية ، أو بواسطة مجال كهربائي متغير بمرور الوقت ، أو لحظات مغناطيسيةالإلكترونات في الذرات. أي أن أي سلك يتدفق من خلاله التيار يصبح أيضًا مغناطيسًا!

جسم له مجال مغناطيسي خاص به.

المغناطيس له أقطاب تسمى الشمال والجنوب. التسميات "الشمالية" و "الجنوبية" معطاة فقط للراحة (مثل "زائد" و "ناقص" في الكهرباء).

يتم تمثيل المجال المغناطيسي بواسطة قوة الخطوط المغناطيسية. خطوط القوة مستمرة ومغلقة ، ويتزامن اتجاهها دائمًا مع اتجاه القوى الميدانية. إذا كانت الرقائق المعدنية متناثرة حول مغناطيس دائم ، فإن الجزيئات المعدنية ستظهر صورة واضحة. خطوط القوة حقل مغناطيسيتاركا الشمال ودخوله القطب الجنوبي. الخصائص الرسومية للمجال المغناطيسي - خطوط القوة.

خصائص المجال المغناطيسي

الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي هي الحث المغناطيسي, الفيض المغناطيسيو النفاذية المغناطيسية. لكن دعنا نتحدث عن كل شيء بالترتيب.

على الفور ، نلاحظ أن جميع وحدات القياس واردة في النظام SI.

الحث المغناطيسي ب - المتجه الكمية المادية، وهي خاصية القوة الرئيسية للمجال المغناطيسي. يشار إليها بالحرف ب . وحدة قياس الحث المغناطيسي - تسلا (تل).

يشير الحث المغناطيسي إلى مدى قوة المجال من خلال تحديد القوة التي يعمل بها على الشحنة. هذه القوة تسمى قوة لورنتز.

هنا ف - الشحنة، الخامس - سرعته في المجال المغناطيسي ، ب - استقراء، F هي قوة لورنتز التي يعمل بها الحقل على الشحنة.

F- كمية فيزيائية تساوي ناتج الحث المغناطيسي من خلال مساحة الكفاف وجيب التمام بين متجه الحث والخط الطبيعي لمستوى الكفاف الذي يمر التدفق من خلاله. الفيض المغناطيسي- الخاصية العددية للمجال المغناطيسي.

يمكننا القول أن التدفق المغناطيسي يميز عدد خطوط الحث المغناطيسي التي تخترق مساحة الوحدة. يتم قياس التدفق المغناطيسي بـ Weberach (WB).

النفاذية المغناطيسيةهو المعامل الذي يحدد الخصائص المغناطيسية للوسط. إحدى المعلمات التي يعتمد عليها الحث المغناطيسي للمجال هي النفاذية المغناطيسية.

كان كوكبنا مغناطيسًا ضخمًا لعدة مليارات من السنين. يختلف تحريض المجال المغناطيسي للأرض باختلاف الإحداثيات. عند خط الاستواء ، تساوي حوالي 3.1 في 10 أس ناقص خمسة من قوة تسلا. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حالات شذوذ مغناطيسي ، حيث تختلف قيمة واتجاه المجال بشكل كبير عن المناطق المجاورة. واحدة من أكبر الانحرافات المغناطيسية على هذا الكوكب - كورسكو الشذوذ المغناطيسي البرازيلي.

لا يزال أصل المجال المغناطيسي للأرض لغزا للعلماء. من المفترض أن مصدر المجال هو جوهر المعدن السائل للأرض. اللب يتحرك ، مما يعني أن سبائك الحديد والنيكل المنصهرة تتحرك ، وحركة الجسيمات المشحونة هي التيار الكهربائي الذي يولد المجال المغناطيسي. المشكلة أن هذه النظرية جيودينامو) لا يشرح كيف يتم الحفاظ على استقرار المجال.

الأرض عبارة عن ثنائي أقطاب مغناطيسي ضخم.لا تتطابق الأقطاب المغناطيسية مع الأقطاب الجغرافية ، على الرغم من قربها من بعضها البعض. علاوة على ذلك ، تتحرك الأقطاب المغناطيسية للأرض. تم تسجيل نزوحهم منذ عام 1885. على سبيل المثال ، على مدار المائة عام الماضية ، وصل القطب المغناطيسي نصف الكرة الجنوبيتحركت ما يقرب من 900 كيلومتر وهي الآن في المحيط الجنوبي. يتحرك قطب نصف الكرة القطبي الشمالي عبر المحيط المتجمد الشمالي باتجاه الشذوذ المغناطيسي لشرق سيبيريا ، وكانت سرعة حركته (وفقًا لبيانات عام 2004) حوالي 60 كيلومترًا في السنة. الآن هناك تسارع في حركة القطبين - في المتوسط ​​، تتزايد السرعة بمقدار 3 كيلومترات في السنة.

ما هي أهمية المجال المغناطيسي للأرض بالنسبة لنا؟بادئ ذي بدء ، يحمي المجال المغناطيسي للأرض الكوكب من الأشعة الكونية والرياح الشمسية. لا تسقط الجسيمات المشحونة من الفضاء السحيق مباشرة على الأرض ، لكنها تنحرف بواسطة مغناطيس عملاق وتتحرك على طول خطوط قوتها. وبالتالي ، فإن جميع الكائنات الحية محمية من الإشعاع الضار.

خلال تاريخ الأرض ، كان هناك العديد منها انقلابات(تغييرات) الأقطاب المغناطيسية. انقلاب القطبعندما يغيرون الأماكن. آخر مرةحدثت هذه الظاهرة منذ حوالي 800 ألف سنة ، وكان هناك أكثر من 400 انعكاس مغناطيسي أرضي في تاريخ الأرض. يعتقد بعض العلماء أنه بالنظر إلى التسارع الملحوظ لحركة الأقطاب المغناطيسية ، يجب توقع انعكاس القطب التالي في الألف سنة القادمة.

لحسن الحظ ، لا يُتوقع حدوث انعكاس في الأقطاب في قرننا هذا. لذلك ، يمكنك التفكير في الحياة الممتعة والاستمتاع في الحقل الثابت القديم الجيد للأرض ، بعد النظر في الخصائص والخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي. ولكي تتمكن من القيام بذلك ، هناك مؤلفونا ، الذين يمكن أن يُعهد إليهم ببعض المشاكل التعليمية بثقة في النجاح! وأنواع العمل الأخرى التي يمكنك طلبها على الرابط.

دليل الوظائف.
المهام D13. مجال مغناطيسي. الحث الكهرومغناطيسي

الفرز الأساسي سهل أولاً الصعب أولاً الشعبية الأحدث أولاً الأقدم أولاً
قم بإجراء الاختبار لهذه المهام
العودة إلى قائمة الوظائف
نسخة للطباعة والنسخ في MS Word

تم تمرير تيار كهربائي عبر إطار موصل للضوء يقع بين أقطاب مغناطيس حدوة حصان ، يُشار إلى اتجاهه بواسطة الأسهم في الشكل.

قرار.

سيتم توجيه المجال المغناطيسي من القطب الشمالي للمغناطيس إلى الجنوب (عموديًا على جانب AB من الإطار). تعمل قوة الأمبير على جوانب الإطار مع التيار ، ويتم تحديد اتجاهها بواسطة قاعدة اليد اليسرى ، والقيمة هي. وهكذا ، فإن القوى المتساوية في الحجم ولكنها معاكسة في الاتجاه ستؤثر على الجانب AB من الإطار والجانب الموازي له: على الجانب الأيسر "منا" ، وعلى الجانب الأيمن "علينا". لن تعمل القوى على الجوانب الأخرى ، لأن التيار فيها يتدفق بالتوازي مع خطوط القوة الميدانية. وبالتالي ، سيبدأ الإطار في الدوران في اتجاه عقارب الساعة عند مشاهدته من الأعلى.

أثناء دورانه ، سيتغير اتجاه القوة وفي اللحظة التي يدور فيها الإطار 90 درجة ، سيغير عزم الدوران اتجاهه ، وبالتالي لن يدور الإطار أكثر من ذلك. لبعض الوقت ، سيتأرجح الإطار في هذا الموضع ، وبعد ذلك سيكون في الوضع الموضح في الشكل 4.

الجواب: 4

المصدر: GIA in Physics. الموجة الرئيسية. الخيار 1313.

يتدفق تيار كهربائي عبر الملف ، ويظهر اتجاهه في الشكل. في الوقت نفسه ، في نهايات النواة الحديدية للملف

1) يتم تشكيل أقطاب مغناطيسية: في النهاية 1 - القطب الشمالي؛ في النهاية 2 - الجنوب

2) يتم تشكيل أقطاب مغناطيسية: في النهاية 1 - القطب الجنوبي ؛ في النهاية 2 - الشمالية

3) تتراكم الشحنات الكهربائية: في النهاية 1- شحنة سالبة ؛ النهاية 2 - إيجابية

4) تتراكم الشحنات الكهربائية: في النهاية 1 - شحنة موجبة ؛ في نهاية 2 - سلبي

قرار.

عندما تتحرك الجسيمات المشحونة ، ينشأ دائمًا مجال مغناطيسي. دعنا نستخدم القاعدة اليد اليمنىلتحديد اتجاه ناقل الحث المغناطيسي: دعنا نوجه أصابعنا على طول الخط الحالي ، ثم سيشير الإبهام المنحني إلى اتجاه ناقل الحث المغناطيسي. وهكذا ، يتم توجيه خطوط الحث المغناطيسي من النهاية 1 إلى النهاية 2. تدخل خطوط المجال المغناطيسي القطب المغناطيسي الجنوبي وتخرج من الشمال.

الإجابة الصحيحة مرقمة 2.

ملحوظة.

داخل المغناطيس (الملف) ، تنتقل خطوط المجال المغناطيسي من القطب الجنوبي إلى الشمال.

الجواب: 2

المصدر: GIA in Physics. الموجة الرئيسية. الخيار 1326.، OGE-2019. الموجة الرئيسية. الخيار 54416

يوضح الشكل نمطًا لخطوط المجال المغناطيسي من قضيبين مغناطيسيين ، تم الحصول عليهما باستخدام برادة حديدية. أي أقطاب من مغناطيس القضبان ، بناءً على موقع الإبرة المغناطيسية ، تتوافق مع المنطقتين 1 و 2؟

1) 1 - القطب الشمالي ؛ 2 - الجنوب

2) 1 - الجنوب ؛ 2 - القطب الشمالي

3) كل من 1 و 2 - إلى القطب الشمالي

4) كلا من 1 و 2 - إلى القطب الجنوبي

قرار.

نظرًا لأن الخطوط المغناطيسية مغلقة ، لا يمكن أن يكون القطبان جنوبيًا وشمالًا في نفس الوقت. الحرف N (الشمال) يشير إلى القطب الشمالي ، S (الجنوب) - الجنوب. ينجذب القطب الشمالي إلى الجنوب. لذلك ، المنطقة 1 هي القطب الجنوبي ، والمنطقة 2 هي القطب الشمالي.

في هذا الدرس موضوعه: "المجال المغناطيسي للثابت التيار الكهربائي"، سوف نتعلم ما هو المغناطيس ، وكيف يتفاعل مع المغناطيسات الأخرى ، ونقوم بتدوين تعريفات المجال المغناطيسي وناقل الحث المغناطيسي ، وكذلك استخدام قاعدة المثقاب لتحديد اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

كل واحد منكم يحمل مغناطيسًا بين يديك ويعرف خصائصه المذهلة: فهو يتفاعل عن بعد مع مغناطيس آخر أو بقطعة من الحديد. ما هو المغناطيس الذي يمنحه هذه خصائص مذهلة؟ هل يمكنك صنع المغناطيس الخاص بك؟ إنه ممكن ، وما هو مطلوب لهذا - سوف تتعلم من درسنا. دعنا نتقدم على أنفسنا: إذا أخذنا مسمارًا حديديًا بسيطًا ، فلن يكون له خصائص مغناطيسية ، ولكن إذا لفناه بسلك وقمنا بتوصيله بالبطارية ، نحصل على مغناطيس (انظر الشكل 1).

أرز. 1. مسمار ملفوف في سلك ومتصل بالبطارية

اتضح أنه للحصول على مغناطيس ، تحتاج إلى تيار كهربائي - حركة الشحنة الكهربائية. ترتبط خصائص المغناطيس الدائم ، مثل مغناطيس الثلاجة ، أيضًا بحركة الشحنة الكهربائية. شحنة مغناطيسية معينة ، مثل الشحنة الكهربائية ، لا توجد في الطبيعة. ليست هناك حاجة ، ما يكفي من الشحنات الكهربائية المتحركة.

قبل التحقيق في المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي المباشر ، من الضروري الاتفاق على كيفية وصف المجال المغناطيسي كميًا. للحصول على وصف كمي للظواهر المغناطيسية ، من الضروري تقديم خاصية القوة للمجال المغناطيسي. كمية المتجه التي تميز المجال المغناطيسي كميًا تسمى الحث المغناطيسي. يُشار إليه عادةً بحرف لاتيني كبير B ، يُقاس بوحدة تسلا.

الحث المغناطيسي هو كمية متجهية ، وهي خاصية قوة مجال مغناطيسي في نقطة معينة في الفضاء. يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي عن طريق القياس مع نموذج الكهرباء الساكنة ، حيث يتميز المجال بالعمل على شحنة تجريبية في حالة السكون. هنا فقط يتم استخدام إبرة مغناطيسية (مغناطيس دائم ممدود) "كعنصر تجريبي". رأيت مثل هذا السهم في البوصلة. يعتبر اتجاه المجال المغناطيسي عند نقطة ما هو الاتجاه الذي سيشير إلى القطب الشمالي N للإبرة المغناطيسية بعد إعادة التوجيه (انظر الشكل 2).

يمكن الحصول على صورة كاملة وواضحة للمجال المغناطيسي من خلال بناء ما يسمى بخطوط المجال المغناطيسي (انظر الشكل 3).

أرز. 3. خطوط المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم

هذه خطوط توضح اتجاه ناقل الحث المغناطيسي (أي اتجاه القطب N للإبرة المغناطيسية) عند كل نقطة في الفضاء. بمساعدة إبرة مغناطيسية ، يمكن للمرء الحصول على صورة لخطوط القوة لمختلف المجالات المغناطيسية. هنا ، على سبيل المثال ، صورة لخطوط المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم (انظر الشكل 4).

أرز. 4. خطوط المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم

يوجد مجال مغناطيسي في كل نقطة ، لكننا نرسم خطوطًا على مسافة ما من بعضنا البعض. هذه مجرد طريقة لتصوير مجال مغناطيسي ، وبالمثل فعلنا مع الكثافة الحقل الكهربائي(انظر الشكل 5).

أرز. 5. خطوط شدة المجال الكهربائي

كلما زادت كثافة رسم الخطوط ، زاد معامل الحث المغناطيسي في منطقة معينة من الفضاء. كما ترى (انظر الشكل 4) ، تخرج خطوط القوة من القطب الشمالي للمغناطيس وتدخل القطب الجنوبي. داخل المغناطيس ، تستمر خطوط المجال أيضًا. على عكس خطوط المجال الكهربائي ، التي تبدأ عند الشحنات الموجبة وتنتهي عند الشحنات السالبة ، يتم إغلاق خطوط المجال المغناطيسي (انظر الشكل 6).

أرز. 6. تم إغلاق خطوط المجال المغناطيسي

يسمى الحقل الذي يتم إغلاق خطوط قوته بمجال متجه دوامة. المجال الكهروستاتيكي ليس دوامة ، إنه محتمل. الفرق الأساسي بين الدوامة والحقول المحتملة هو أن عمل المجال المحتمل على أي مسار مغلق هو صفر ، لـ مجال دوامةهذا ليس صحيحا. الأرض هي أيضًا مغناطيس ضخم ، ولديها مجال مغناطيسي نكتشفه بإبرة البوصلة. اقرأ المزيد عن المجال المغناطيسي للأرض في الفرع.

كوكبنا الأرض عبارة عن مغناطيس كبير يقع أقطابه بالقرب من تقاطع السطح مع محور الدوران. جغرافيا ، هذه هي القطبين الجنوبي والشمالي. هذا هو السبب في أن السهم الموجود في البوصلة ، وهو أيضًا مغناطيس ، يتفاعل مع الأرض. وهي موجهة بطريقة تشير إحدى نهايتيها إلى القطب الشمالي والأخرى إلى الجنوب (انظر الشكل 7). الشكل 7. يتفاعل السهم الموجود في البوصلة مع الأرض الشخص الذي يشير إلى القطب الشمالي للأرض تم تعيينه N ، وهو ما يعني الشمال - ترجمت من الإنجليزية باسم "الشمال". والتي تشير إلى القطب الجنوبي للأرض - S ، والتي تعني الجنوب - مترجمة من الإنجليزية "الجنوب". بما أن أقطاب المغناطيس المتقابلة تنجذب ، فإن القطب الشمالي للسهم يشير إلى القطب المغناطيسي الجنوبي للأرض (انظر الشكل 8). أرز. 8. تفاعل البوصلة والأقطاب المغناطيسية للأرض اتضح أن القطب المغناطيسي الجنوبي يقع في الشمال الجغرافي. على العكس من ذلك ، يقع المغناطيس الشمالي في الجنوب القطب الجغرافيأرض.

الآن ، بعد أن تعرفنا على نموذج المجال المغناطيسي ، نقوم بفحص مجال الموصل بالتيار المباشر. بالعودة إلى القرن التاسع عشر ، اكتشف العالم الدنماركي أورستد أن إبرة مغناطيسية تتفاعل مع موصل يتدفق من خلاله تيار كهربائي (انظر الشكل 9).

أرز. 9. تفاعل إبرة مغناطيسية مع موصل

تدل الممارسة على أنه في المجال المغناطيسي للموصل المستقيم مع التيار ، سيتم ضبط الإبرة المغناطيسية عند كل نقطة بشكل عرضي على دائرة معينة. مستوى هذه الدائرة عمودي على الموصل مع التيار ، ويقع مركزها على محور الموصل (انظر الشكل 10).

أرز. 10. موقع الإبرة المغناطيسية في المجال المغناطيسي للموصل المستقيم

إذا قمت بتغيير اتجاه تدفق التيار عبر الموصل ، فإن الإبرة المغناطيسية عند كل نقطة سوف تدور في الاتجاه المعاكس (انظر الشكل 11).

أرز. 11. عند تغيير اتجاه تدفق التيار الكهربائي

أي أن اتجاه المجال المغناطيسي يعتمد على اتجاه تدفق التيار عبر الموصل. يمكن وصف هذا الاعتماد باستخدام طريقة بسيطة مثبتة تجريبياً - قواعد gimlet:

إذا كان الاتجاه التحرك إلى الأماميتزامن المخرج مع اتجاه التيار في الموصل ، ثم يتزامن اتجاه دوران مقبضه مع اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن هذا الموصل (انظر الشكل 12).

لذلك ، يتم توجيه المجال المغناطيسي للموصل مع التيار عند كل نقطة بشكل عرضي إلى دائرة تقع في مستوى عمودي على الموصل. يتزامن مركز الدائرة مع محور الموصل. يرتبط اتجاه متجه المجال المغناطيسي عند كل نقطة باتجاه التيار في الموصل بواسطة قاعدة التمثال. تجريبيًا ، عند تغيير القوة الحالية والمسافة من الموصل ، وجد أن معامل ناقل الحث المغناطيسي يتناسب مع التيار ويتناسب عكسياً مع المسافة من الموصل. معامل ناقل الحث المغناطيسي للمجال الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل يحمل تيارًا لانهائيًا يساوي:

أين هو معامل التناسب ، الذي يوجد غالبًا في المغناطيسية. يطلق عليه النفاذية المغناطيسية للفراغ. يساوي عدديا:

بالنسبة للمجالات المغناطيسية ، وكذلك المجالات الكهربائية ، فإن مبدأ التراكب صالح. تضاف الحقول المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة مصادر مختلفة في نقطة واحدة في الفضاء (انظر الشكل 13).

أرز. 13. تضيف المجالات المغناطيسية من مصادر مختلفة

ستكون خاصية القدرة الإجمالية لمثل هذا المجال هي مجموع المتجه لخصائص القدرة لحقول كل من المصادر. يمكن زيادة حجم الحث المغناطيسي للمجال الناتج عن التيار عند نقطة معينة عن طريق ثني الموصل في دائرة. سيكون هذا واضحًا إذا أخذنا في الاعتبار المجالات المغناطيسية لأجزاء صغيرة من ملف الأسلاك هذا عند نقطة داخل هذا الملف. على سبيل المثال ، في المركز.

المقطع المحدد ، وفقًا لقاعدة gimlet ، يُنشئ حقلاً صاعدًا فيه (انظر الشكل 14).

أرز. 14. المجال المغناطيسي للقطاعات

يُنشئ المقطع بالمثل حقلاً مغناطيسيًا في هذه النقطة موجهاً هناك. وينطبق الشيء نفسه على شرائح أخرى. عندئذٍ ستكون خاصية القوة الكلية (أي متجه الحث المغناطيسي B) عند هذه النقطة تراكبًا لخصائص قوة المجالات المغناطيسية لجميع المقاطع الصغيرة عند هذه النقطة وسيتم توجيهها لأعلى (انظر الشكل 15).

أرز. 15. خاصية القوة الإجمالية في مركز الملف

بالنسبة للملف التعسفي ، ليس بالضرورة على شكل دائرة ، على سبيل المثال ، بالنسبة لإطار مربع (انظر الشكل 16) ، ستعتمد قيمة المتجه داخل الملف بشكل طبيعي على شكل وحجم الملف والتيار القوة فيه ، لكن اتجاه ناقل الحث المغناطيسي سيتم دائمًا تحديده بنفس الطريقة (مثل تراكب الحقول التي تم إنشاؤها بواسطة مقاطع صغيرة).

أرز. 16. المجال المغناطيسي لقطاعات الإطار المربع

لقد وصفنا بالتفصيل تحديد اتجاه المجال داخل الملف ، ولكن في الحالة العامةيمكن العثور عليه بشكل أسهل ، وفقًا لقاعدة gimlet المعدلة قليلاً:

إذا قمت بتدوير مقبض المخرج في الاتجاه الذي يتدفق فيه التيار في الملف ، فسيشير طرف المثقاب إلى اتجاه ناقل الحث المغناطيسي داخل الملف (انظر الشكل 17).

أي أن دوران المقبض الآن يتوافق مع اتجاه التيار ، وتتوافق حركة المحول مع اتجاه الحقل. وليس العكس ، كما كان الحال مع الموصل المستقيم. إذا تم لف موصل طويل ، يتدفق من خلاله التيار ، في زنبرك ، فسيكون هذا الجهاز عبارة عن مجموعة من المنعطفات. ستجمع المجالات المغناطيسية لكل لفة في الملف وفقًا لمبدأ التراكب. وبالتالي ، فإن الحقل الذي تم إنشاؤه بواسطة الملف في نقطة ما سيكون مجموع الحقول التي أنشأتها كل دورة في تلك النقطة. صورة خطوط المجال لمثل هذا الملف التي تراها في الشكل. الثامنة عشر.

أرز. 18. خطوط الكهرباء للملف

يسمى هذا الجهاز الملف أو الملف اللولبي أو المغناطيس الكهربائي. من السهل ملاحظة أن الخصائص المغناطيسية للملف ستكون مماثلة لخصائص المغناطيس الدائم (انظر الشكل 19).

أرز. تسعة عشر. الخواص المغناطيسيةلفائف ومغناطيس دائم

يلعب أحد جانبي الملف (الموجود في الصورة أعلاه) دور القطب الشمالي للمغناطيس ، والجانب الآخر - القطب الجنوبي. يستخدم هذا الجهاز على نطاق واسع في التكنولوجيا ، لأنه يمكن التحكم فيه: يصبح مغناطيسًا فقط عند تشغيل التيار في الملف. لاحظ أن خطوط المجال المغناطيسي داخل الملف متوازية تقريبًا وكثيفة. المجال داخل الملف اللولبي قوي جدًا وموحد. المجال خارج الملف غير منتظم ، وهو أضعف بكثير من الحقل الموجود بداخله ويتم توجيهه في الاتجاه المعاكس. يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي داخل الملف من خلال قاعدة gimlet بالنسبة للحقل داخل دورة واحدة. بالنسبة لاتجاه دوران المقبض ، نأخذ اتجاه التيار الذي يتدفق عبر الملف ، وتشير حركة المثقاب إلى اتجاه المجال المغناطيسي بداخله (انظر الشكل 20).

أرز. 20. حكم المقلد للبكرة

إذا وضعت ملفًا يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي ، فسوف يعيد توجيه نفسه مثل إبرة مغناطيسية. ترتبط لحظة القوة التي تسبب الدوران بمعامل ناقل الحث المغناطيسي عند نقطة معينة ، ومنطقة الملف والقوة الحالية فيه بالعلاقة التالية:

يتضح لنا الآن من أين تأتي الخصائص المغناطيسية للمغناطيس الدائم: الإلكترون الذي يتحرك في ذرة على طول مسار مغلق يشبه الملف مع التيار ، ومثل الملف ، له مجال مغناطيسي. وكما رأينا في مثال الملف ، فإن العديد من دورات التيار ، مرتبة بطريقة معينة ، لها مجال مغناطيسي قوي.

المجال الناتج عن المغناطيس الدائم هو نتيجة حركة الشحنات داخلها. وهذه الشحنات عبارة عن إلكترونات في الذرات (انظر الشكل 21). أرز. 21. حركة الإلكترونات في الذرات دعونا نشرح آلية حدوثه على المستوى النوعي. كما تعلم ، فإن الإلكترونات في الذرة تتحرك. لذلك ، فإن كل إلكترون ، في كل ذرة ، يخلق مجاله المغناطيسي الخاص به ، وهكذا ، اتضح كمية كبيرةمغناطيس بحجم الذرة. في معظم المواد ، يتم توجيه هذه المغناطيسات ومجالاتها المغناطيسية بشكل عشوائي. لذلك ، فإن إجمالي المجال المغناطيسي الذي أنشأه الجسم يساوي صفرًا. ولكن هناك مواد يتم فيها توجيه المجالات المغناطيسية التي أنشأتها الإلكترونات الفردية بنفس الطريقة (انظر الشكل 22). أرز. 22. المجالات المغناطيسية موجهة نفس الشيء لذلك ، فإن الحقول المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة كل إلكترون تضاف. نتيجة لذلك ، فإن الجسم المصنوع من هذه المادة له مجال مغناطيسي وهو مغناطيس دائم. في مجال مغناطيسي خارجي ، تتحول الذرات الفردية أو مجموعات الذرات ، والتي ، كما اكتشفنا ، لها مجال مغناطيسي خاص بها ، مثل إبرة البوصلة (انظر الشكل 23). أرز. 23. دوران الذرات في مجال مغناطيسي خارجي إذا لم يتم توجيههم قبل ذلك في اتجاه واحد ولم يشكلوا مجالًا مغناطيسيًا إجماليًا قويًا ، فبعد ترتيب المغناطيسات الأولية ، ستجمع حقولهم المغناطيسية. وإذا تم الحفاظ على الترتيب بعد إجراء مجال خارجي ، فستظل المادة مغناطيسًا. العملية الموصوفة تسمى مغنطة.

عيّن أعمدة المصدر الحالي التي تغذي الملف اللولبي على النحو الموضح في الشكل. 24 تفاعلات. دعونا نفكر: الملف اللولبي الذي يتدفق فيه التيار المباشر يتصرف مثل المغناطيس.

أرز. 24. المصدر الحالي

حسب التين. يوضح الشكل 24 أن الإبرة المغناطيسية موجهة مع القطب الجنوبي نحو الملف اللولبي. مثل أقطاب المغناطيس تتنافر ، بينما الأقطاب المتقابلة تتجاذب. ويترتب على ذلك أن القطب الأيسر للملف اللولبي نفسه هو القطب الشمالي (انظر الشكل 25).

أرز. 25. القطب الأيسر من الملف اللولبي الشمالي

تغادر خطوط الحث المغناطيسي القطب الشمالي وتدخل الجنوب. هذا يعني أن المجال داخل الملف اللولبي موجه إلى اليسار (انظر الشكل 26).

أرز. 26. الحقل الموجود داخل الملف اللولبي موجه إلى اليسار

حسنًا ، يتم تحديد اتجاه المجال داخل الملف اللولبي بواسطة قاعدة gimlet. نحن نعلم أن المجال موجه إلى اليسار ، لذلك دعونا نتخيل أن المخروط مشدود في هذا الاتجاه. ثم سيشير مقبضه إلى اتجاه التيار في الملف اللولبي - من اليمين إلى اليسار (انظر الشكل 27).

يتم تحديد اتجاه التيار حسب اتجاه حركة الشحنة الموجبة. تنتقل الشحنة الموجبة من نقطة ذات جهد كبير (القطب الموجب للمصدر) إلى نقطة ذات جهد أصغر (القطب السالب للمصدر). لذلك ، فإن قطب المصدر الموجود على اليمين موجب ، وعلى اليسار سالب (انظر الشكل 28).

أرز. 28. تحديد أعمدة المصدر

المهمة 2

يتم وضع إطار بمساحة 400 في مجال مغناطيسي منتظم مع تحريض قدره 0.1 T بحيث يكون الإطار الطبيعي للإطار عموديًا على خطوط الاستقراء. في أي شدة تيار سوف يؤثر عزم الدوران 20 على الإطار (انظر الشكل 29)؟

أرز. 29. رسم لمشكلة 2

دعنا نتسبب في ذلك: ترتبط لحظة القوة المسببة للدوران بمعامل ناقل الحث المغناطيسي عند نقطة معينة ، ومنطقة الملف والقوة الحالية فيه بالعلاقة التالية:

في حالتنا ، جميع البيانات اللازمة متوفرة. يبقى التعبير عن القوة الحالية المطلوبة وحساب الإجابة:

تم حل المشكلة.

فهرس

1. سوكولوفيتش يو إيه ، بوجدانوفا جي إس. الفيزياء: كتيب مع أمثلة على حل المشكلات. - إعادة توزيع الطبعة الثانية. - العاشر: فيستا: دار النشر "رانوك" 2005. - 464 ص.
2. مياكيشيف ج. الفيزياء: Proc. لـ 11 خلية. تعليم عام المؤسسات. - م: التعليم ، 2010.

1. بوابة الإنترنت "سوق المعرفة هايبر ماركت" ()
2. بوابة الإنترنت "مجموعة موحدة من DER" ()

الواجب المنزلي

تؤخذ جميع الصيغ بما يتفق بدقة مع المعهد الفدرالي للقياسات التربوية (FIPI)

3.3 مجال مغناطيسي

3.3.1 التفاعل الميكانيكي للمغناطيسات

بالقرب من شحنة كهربائية ، يتم تكوين شكل غريب من المادة - مجال كهربائي. يوجد حول المغناطيس شكل مشابه من المادة ، لكن له طبيعة منشأ مختلفة (بعد كل شيء ، الخام محايد كهربائيًا) ، ويسمى المجال المغناطيسي. لدراسة المجال المغناطيسي ، يتم استخدام مغناطيس مستقيم أو على شكل حدوة حصان. أماكن معينة من المغناطيس لها أكبر تأثير جاذب ، ويطلق عليها الأقطاب (الشمال والجنوب). تتجاذب الأقطاب المغناطيسية المعاكسة ، وتتنافر مثل الأقطاب.

مجال مغناطيسي. ناقل الحث المغناطيسي

بالنسبة لخصائص القدرة للمجال المغناطيسي ، يتم استخدام متجه تحريض المجال المغناطيسي B. يتم تصوير المجال المغناطيسي بيانياً باستخدام خطوط القوة (خطوط الحث المغناطيسي). الخطوط مغلقة وليس لها بداية ولا نهاية. المكان الذي تخرج منه الخطوط المغناطيسية هو القطب الشمالي (الشمال) ، وتدخل الخطوط المغناطيسية القطب الجنوبي (الجنوبي).

الحث المغناطيسي ب [تل]- الكمية الفيزيائية المتجهة ، وهي خاصية القوة للمجال المغناطيسي.

مبدأ تراكب المجالات المغناطيسية -إذا تم إنشاء المجال المغناطيسي عند نقطة معينة في الفضاء بواسطة عدة مصادر للحقل ، فإن الحث المغناطيسي هو مجموع متجه لتحريض كل مجال على حدة :

خطوط المجال المغناطيسي. نمط خط المجال للمغناطيس الدائم على شكل حدوة حصان

3.3.2 تجربة أورستد. المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار. نمط خطوط المجال لموصل طويل مستقيم وموصل مغلق الحلقة ، ملف مع تيار

يوجد مجال مغناطيسي ليس فقط حول المغناطيس ، ولكن أيضًا حول أي موصل تيار. توضح تجربة Oersted تأثير التيار الكهربائي على المغناطيس. إذا تم تمرير موصل مستقيم ، يتدفق من خلاله التيار ، عبر ثقب في لوح من الورق المقوى ، حيث تتناثر برادة حديدية أو فولاذية صغيرة ، فإنها تشكل دوائر متحدة المركز ، يقع مركزها على محور الموصل . تمثل هذه الدوائر خطوط القوة للمجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار.

3.3.3 قوة الأمبير واتجاهها وحجمها:

قوة الأمبيرهي القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي. يتم تحديد اتجاه قوة أمبير بقاعدة اليد اليسرى: إذا اليد اليسرىيتم وضعها بحيث يدخل المكون العمودي لمتجه الحث المغناطيسي B راحة اليد ، ويتم توجيه أربعة أصابع ممدودة في اتجاه التيار ، ثم يظهر ثني الإبهام بمقدار 90 درجة اتجاه القوة المؤثرة على قطعة الموصل مع التيار ، أي قوة أمبير.

أين أنا- القوة الحالية في الموصل ؛

ب

إلهو طول الموصل في المجال المغناطيسي ؛

α هي الزاوية بين متجه المجال المغناطيسي واتجاه التيار في الموصل.

3.3.4 قوة لورنتز واتجاهها وحجمها:

نظرًا لأن التيار الكهربائي عبارة عن حركة مرتبة للشحنات ، فإن تأثير المجال المغناطيسي على الموصل الحامل للتيار هو نتيجة تأثيره على الشحنات المتحركة الفردية. القوة التي يمارسها المجال المغناطيسي على الشحنات المتحركة فيه تسمى قوة لورنتز. يتم تحديد قوة لورنتز من خلال العلاقة:

أين فهو مقدار الشحنة المتحركة ؛

الخامس- وحدة سرعتها ؛

بهو معامل ناقل تحريض المجال المغناطيسي ؛

α هي الزاوية بين متجه سرعة الشحنة وناقل الحث المغناطيسي.

يرجى ملاحظة أن قوة لورنتز متعامدة مع السرعة وبالتالي فهي لا تعمل ولا تغير معامل سرعة الشحنة وطاقتها الحركية. لكن اتجاه السرعة يتغير باستمرار.

قوة لورنتز عمودية على المتجهات فيو الخامس، ويتم تحديد اتجاهه باستخدام نفس قاعدة اليد اليسرى لاتجاه قوة أمبير: إذا تم وضع اليد اليسرى بحيث يكون عنصر الحث المغناطيسي في، عموديًا على سرعة الشحنة ، دخلت راحة اليد ، وتم توجيه أربعة أصابع على طول حركة شحنة موجبة (ضد حركة شحنة سالبة ، على سبيل المثال ، إلكترون) ، ثم سيظهر ثني الإبهام بمقدار 90 درجة اتجاه قوة لورنتز تتصرف بناء على التهمة فلوريدا.

حركة جسيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم

عندما يتحرك جسيم مشحون في مجال مغناطيسي ، فإن قوة لورنتز لا تعمل.لذلك ، فإن معامل متجه السرعة لا يتغير عندما يتحرك الجسيم. إذا تحرك جسيم مشحون في مجال مغناطيسي منتظم تحت تأثير قوة لورنتز ، وكانت سرعته تقع في مستوى عمودي على المتجه ، فإن الجسيم سوف يتحرك على طول دائرة نصف قطرها R.

"تحديد المجال المغناطيسي" - وفقًا للبيانات التي تم الحصول عليها أثناء التجارب ، املأ الجدول. J. فيرن. عندما نحضر مغناطيسًا إلى الإبرة المغناطيسية ، فإنها تدور. تمثيل رسومي للمجالات المغناطيسية. هانز كريستيان أورستد. الحقل الكهربائي. المغناطيس له قطبان: الشمال والجنوب. مرحلة تعميم المعرفة وتنظيمها.

المجال المغناطيسي وتمثيله الرسومي - المجال المغناطيسي غير المنتظم. لفائف التيار. خطوط مغناطيسية. فرضية أمبير. داخل شريط المغناطيس. عكس الأقطاب المغناطيسية. الشفق القطبية. المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. مجال مغناطيسي. المجال المغناطيسي للأرض. أقطاب مغناطيسية. البيومترية. دوائر متحدة المركز. المجال المغناطيسي المنتظم.

"طاقة المجال المغناطيسي" - القيمة العددية. حساب المحاثة. المجالات المغناطيسية الدائمة. وقت الاسترخاء. تعريف المحاثة. طاقة الملف. التيارات الخارجية في دائرة مع محاثة. عمليات الانتقال. كثافة الطاقة. الديناميكا الكهربائية. الدائرة التذبذبية. المجال المغناطيسي النبضي. الاستقراء الذاتي. كثافة طاقة المجال المغناطيسي.

"خصائص المجال المغناطيسي" - خطوط الحث المغناطيسي. حكم جيمليت. تناوب على طول خطوط القوة. طراز الكمبيوترالمجال المغناطيسي للأرض. ثابت مغناطيسي. الحث المغناطيسي. عدد ناقلات الشحن. ثلاث طرق لضبط ناقل الحث المغناطيسي. المجال المغناطيسي للتيار الكهربائي. الفيزيائي ويليام هيلبرت.

"خصائص المجال المغناطيسي" - نوع المادة. الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي. الحث المغناطيسي. المغناطيس الدائم. بعض قيم الحث المغناطيسي. إبرة مغناطيسية. مكبر الصوت. معامل ناقل الحث المغناطيسي. خطوط الحث المغناطيسي مغلقة دائما. تفاعل التيارات. عزم الدوران. الخصائص المغناطيسية للمادة.

"حركة الجسيمات في المجال المغناطيسي" - Spectrograph. مظهر من مظاهر عمل قوة لورنتز. قوة لورنتز. السيكلوترون. تحديد مقدار قوة لورنتز. أسئلة الاختبار. اتجاهات قوة لورنتز. مسألة بين النجوم. مهمة التجربة. تغيير الاعدادات. مجال مغناطيسي. مطياف الكتلة. حركة الجسيمات في مجال مغناطيسي. أنبوب أشعة الكاثود.

في المجموع ، هناك 20 عرضًا تقديميًا في الموضوع