بیایید با هم بفهمیم میدان مغناطیسی چیست. به هر حال، بسیاری از مردم تمام عمر خود را در این زمینه زندگی می کنند و حتی به آن فکر نمی کنند. وقت آن است که آن را درست کنید!

یک میدان مغناطیسی

یک میدان مغناطیسی – نوع خاصموضوع. این خود را در عمل بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند (آهنربای دائمی) نشان می دهد.

مهم: میدان مغناطیسی بر بارهای ثابت تأثیر نمی گذارد! یک میدان مغناطیسی نیز با حرکت بارهای الکتریکی یا با یک میدان الکتریکی متغیر با زمان یا لحظات مغناطیسیالکترون ها در اتم ها یعنی هر سیمی که جریان از آن عبور کند آهنربا هم می شود!

جسمی که میدان مغناطیسی خاص خود را دارد.

آهنربا دارای قطب هایی به نام شمال و جنوب است. عناوین "شمال" و "جنوب" فقط برای راحتی داده شده اند (مانند "به علاوه" و "منهای" در برق).

میدان مغناطیسی با نشان داده می شود خطوط برق مغناطیسی. خطوط نیرو پیوسته و بسته هستند و جهت آنها همیشه با جهت عمل نیروهای میدانی منطبق است. اگر براده های فلزی در اطراف آهنربای دائمی پراکنده شوند، ذرات فلز تصویر واضحی را نشان خواهند داد خطوط برق میدان مغناطیسی، از شمال خارج شده و وارد می شود قطب جنوب. ویژگی گرافیکی یک میدان مغناطیسی - خطوط نیرو.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی عبارتند از القای مغناطیسی, شار مغناطیسیو نفوذپذیری مغناطیسی. اما بیایید در مورد همه چیز به ترتیب صحبت کنیم.

اجازه دهید بلافاصله توجه داشته باشیم که تمام واحدهای اندازه گیری در سیستم داده شده است SI.

القای مغناطیسی ب – بردار کمیت فیزیکیکه نیروی اصلی مشخصه میدان مغناطیسی است. با حرف مشخص شده است ب . واحد اندازه گیری القای مغناطیسی - تسلا (T).

القای مغناطیسی با تعیین نیرویی که بر یک بار وارد می کند، نشان می دهد که میدان چقدر قوی است. این نیرو نامیده می شود نیروی لورنتس.

اینجا q - شارژ، v - سرعت آن در میدان مغناطیسی، ب - القاء، اف - نیروی لورنتس که میدان با آن بر روی بار عمل می کند.

اف- کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب القای مغناطیسی توسط مساحت مدار و کسینوس بین بردار القاء و نرمال به صفحه مداری که شار از آن عبور می کند. شار مغناطیسی- مشخصه اسکالر میدان مغناطیسی.

می توان گفت که شار مغناطیسی تعداد خطوط القای مغناطیسی را مشخص می کند که در یک واحد سطح نفوذ می کنند. شار مغناطیسی در اندازه گیری می شود Weberach (Wb).

نفوذپذیری مغناطیسی- ضریب تعیین کننده خواص مغناطیسی محیط. یکی از پارامترهایی که القای مغناطیسی میدان به آن بستگی دارد نفوذپذیری مغناطیسی است.

سیاره ما برای چندین میلیارد سال یک آهنربای بزرگ بوده است. القای میدان مغناطیسی زمین بسته به مختصات متفاوت است. در خط استوا تقریباً 3.1 ضربدر 10 به منهای توان پنجم تسلا است. علاوه بر این، ناهنجاری های مغناطیسی وجود دارد که در آن مقدار و جهت میدان به طور قابل توجهی با مناطق همسایه متفاوت است. برخی از بزرگترین ناهنجاری های مغناطیسی در این سیاره - کورسکو ناهنجاری های مغناطیسی برزیل.

منشا میدان مغناطیسی زمین هنوز برای دانشمندان یک راز باقی مانده است. فرض بر این است که منبع میدان، هسته فلزی مایع زمین است. هسته در حال حرکت است، به این معنی که آلیاژ آهن و نیکل مذاب در حال حرکت است و حرکت ذرات باردار جریان الکتریکی است که میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. مشکل اینجاست که این نظریه ( ژئودینامو) توضیح نمی دهد که چگونه فیلد ثابت نگه داشته می شود.

زمین یک دوقطبی مغناطیسی عظیم است.قطب های مغناطیسی با قطب های جغرافیایی منطبق نیستند، اگرچه در مجاورت یکدیگر قرار دارند. علاوه بر این، قطب های مغناطیسی زمین حرکت می کنند. جابجایی آنها از سال 1885 ثبت شده است. به عنوان مثال، در طول صد سال گذشته، قطب مغناطیسی در نیمکره جنوبیتقریباً 900 کیلومتر جابجا شده است و اکنون در اقیانوس جنوبی واقع شده است. قطب نیمکره قطب شمال در حال حرکت از طریق اقیانوس منجمد شمالی به سمت ناهنجاری مغناطیسی سیبری شرقی است؛ سرعت حرکت آن (طبق داده های سال 2004) حدود 60 کیلومتر در سال بود. اکنون شتاب حرکت قطب ها وجود دارد - به طور متوسط ​​سرعت 3 کیلومتر در سال در حال افزایش است.

میدان مغناطیسی زمین برای ما چه اهمیتی دارد؟اول از همه، میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی محافظت می کند. ذرات باردار از اعماق فضا مستقیماً به زمین نمی افتند، بلکه توسط یک آهنربای غول پیکر منحرف می شوند و در امتداد خطوط نیروی آن حرکت می کنند. بنابراین، همه موجودات زنده از تشعشعات مضر محافظت می شوند.

چندین رویداد در طول تاریخ زمین رخ داده است. وارونگی ها(تغییرات) قطب های مغناطیسی. وارونگی قطب- این زمانی است که آنها مکان خود را تغییر می دهند. آخرین باراین پدیده در حدود 800 هزار سال پیش رخ داده است و در مجموع بیش از 400 وارونگی ژئومغناطیسی در تاریخ زمین وجود داشته است.برخی از دانشمندان معتقدند با توجه به شتاب مشاهده شده حرکت قطب های مغناطیسی، باید انتظار وارونگی قطب بعدی را داشت. در چند هزار سال آینده

خوشبختانه در قرن ما هنوز تغییر قطب انتظار نمی رود. این بدان معنی است که شما می توانید با در نظر گرفتن ویژگی ها و ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی به چیزهای خوشایند فکر کنید و از زندگی در میدان ثابت خوب قدیمی زمین لذت ببرید. و برای اینکه بتوانید این کار را انجام دهید، نویسندگان ما هستند که می توانید با اطمینان بخشی از مشکلات آموزشی را با اطمینان به آنها بسپارید! و انواع کارهای دیگر که می توانید با استفاده از لینک سفارش دهید.

کاتالوگ وظایف
وظایف D13. یک میدان مغناطیسی القای الکترومغناطیسی

مرتب سازی پایه اول ساده اول پیچیده محبوبیت اول جدید اول قدیمی
در مورد این وظایف تست بزنید
بازگشت به کاتالوگ کار
نسخه برای چاپ و کپی در MS Word

جریان الکتریکی از یک قاب رسانای نور که بین قطب های یک آهنربای نعل اسبی قرار دارد عبور داده می شود که جهت آن با فلش هایی در شکل نشان داده شده است.

راه حل.

میدان مغناطیسی از قطب شمال آهنربا به سمت جنوب (عمود بر ضلع AB قاب) هدایت خواهد شد. اضلاع قاب با جریان توسط نیروی آمپر وارد می شود که جهت آن توسط قانون سمت چپ تعیین می شود و بزرگی برابر است با جایی که قدرت جریان در قاب است، مقدار القای مغناطیسی است. میدان آهنربا، طول ضلع متناظر قاب است، سینوس زاویه بین بردار القای مغناطیسی و جهت جریان است. بنابراین، در سمت AB قاب و ضلع موازی با آن، نیروهایی عمل خواهند کرد که از نظر بزرگی برابر هستند، اما در جهت مخالف هستند: در سمت چپ "از ما" و در سمت راست "روی ما". نیروها در طرف های باقی مانده عمل نمی کنند، زیرا جریان در آنها به موازات خطوط میدان جریان دارد. بنابراین، هنگامی که از بالا مشاهده می شود، قاب شروع به چرخش در جهت عقربه های ساعت می کند.

با چرخش، جهت نیرو تغییر می کند و در لحظه ای که قاب 90 درجه می چرخد، گشتاور تغییر جهت می دهد، بنابراین قاب بیشتر نمی چرخد. قاب برای مدتی در این موقعیت نوسان می کند و سپس به موقعیت نشان داده شده در شکل 4 ختم می شود.

پاسخ: 4

منبع: آکادمی دولتی فیزیک موج اصلی گزینه 1313.

جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می کند که جهت آن در شکل نشان داده شده است. در همان زمان، در انتهای هسته آهنی سیم پیچ

1) قطب های مغناطیسی تشکیل می شوند: در انتهای 1 - قطب شمال; در انتهای 2 - جنوبی

2) قطب های مغناطیسی تشکیل می شوند: در انتهای 1 - قطب جنوب. در انتهای 2 - شمالی

3) بارهای الکتریکی جمع می شوند: در انتهای 1 - بار منفی. در پایان 2 مثبت است

4) بارهای الکتریکی جمع می شوند: در انتهای 1 - بار مثبت. در پایان 2 - منفی

راه حل.

وقتی ذرات باردار حرکت می کنند، همیشه یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. بیایید از قانون استفاده کنیم دست راستبرای تعیین جهت بردار القای مغناطیسی: انگشتان خود را در امتداد خط جاری قرار دهید، سپس شست خم شده جهت بردار القای مغناطیسی را نشان می دهد. بنابراین، خطوط القای مغناطیسی از انتهای 1 به انتهای 2 هدایت می شوند. خطوط میدان مغناطیسی وارد قطب مغناطیسی جنوب شده و از شمال خارج می شوند.

پاسخ صحیح در زیر شماره نشان داده شده است 2.

توجه داشته باشید.

در داخل آهنربا (کویل)، خطوط میدان مغناطیسی از قطب جنوب به قطب شمال می روند.

پاسخ: 2

منبع: آکادمی دولتی فیزیک موج اصلی گزینه 1326.، OGE-2019. موج اصلی گزینه 54416

شکل تصویری از خطوط میدان مغناطیسی از دو آهنربای نواری را نشان می دهد که با استفاده از براده های آهن به دست آمده اند. با توجه به محل قرارگیری سوزن مغناطیسی، کدام قطب آهنرباهای نواری با نواحی 1 و 2 مطابقت دارد؟

1) 1 - قطب شمال؛ 2 - جنوب

2) 1 - جنوبی; 2 - قطب شمال

3) هر دو 1 و 2 - به قطب شمال

4) هر دو 1 و 2 - به سمت قطب جنوب

راه حل.

از آنجایی که خطوط مغناطیسی بسته هستند، قطب ها نمی توانند هم جنوبی و هم شمالی باشند. حرف N (شمال) نشان دهنده قطب شمال و S (جنوب) جنوب است. قطب شمال جذب قطب جنوب می شود. بنابراین، منطقه 1 قطب جنوب است، منطقه 2 قطب شمال است.

در این درس که موضوع آن این است: ” میدان مغناطیسی یک ثابت جریان الکتریسیته"، ما یاد خواهیم گرفت که آهنربا چیست، چگونه با آهنرباهای دیگر تعامل می کند، تعاریف میدان مغناطیسی و بردار القای مغناطیسی را یادداشت می کنیم و همچنین از قانون gimlet برای تعیین جهت بردار القای مغناطیسی استفاده می کنیم.

هر یک از شما آهنربایی را در دستان خود نگه داشته اید و خاصیت شگفت انگیز آن را می دانید: این آهنربا از فاصله دور با آهنربای دیگری یا با یک تکه آهن تعامل دارد. چه چیزی در مورد آهنربا است که اینها را به آن می دهد خواص شگفت انگیز? آیا می توان خودتان آهنربا بسازید؟ این امکان پذیر است و آنچه را که برای این کار لازم است از درس ما خواهید آموخت. بیایید جلوتر از خودمان بگیریم: اگر یک میخ آهنی ساده برداریم، خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت، اما اگر آن را با سیم بپیچیم و به باتری وصل کنیم، آهنربا می گیریم (شکل 1 را ببینید).

برنج. 1. میخ پیچیده شده با سیم و متصل به باتری

به نظر می رسد که برای به دست آوردن آهنربا، به جریان الکتریکی - حرکت نیاز دارید شارژ الکتریکی. خواص آهنرباهای دائمی مانند آهنرباهای یخچال نیز با حرکت بار الکتریکی مرتبط است. بار مغناطیسی خاصی مانند بار الکتریکی در طبیعت وجود ندارد. نیازی به آن نیست، بارهای الکتریکی متحرک کافی است.

قبل از بررسی میدان مغناطیسی جریان الکتریکی مستقیم، باید در مورد چگونگی توصیف کمی میدان مغناطیسی به توافق برسیم. برای توصیف کمی پدیده های مغناطیسی، لازم است که مشخصه نیروی میدان مغناطیسی را معرفی کنیم. کمیت برداری که از نظر کمی میدان مغناطیسی را مشخص می کند، القای مغناطیسی نامیده می شود. معمولاً به عنوان بزرگ تعیین می شود حرف لاتین B، بر حسب تسلا اندازه گیری می شود.

القای مغناطیسی یک کمیت برداری است که مشخصه نیروی میدان مغناطیسی در یک نقطه معین از فضا است. جهت میدان مغناطیسی با قیاس با مدل الکترواستاتیک تعیین می شود، که در آن میدان با عمل آن بر روی بار آزمایشی در حالت استراحت مشخص می شود. فقط در اینجا یک سوزن مغناطیسی (یک آهنربای دائمی مستطیلی) به عنوان "عنصر آزمایش" استفاده می شود. شما چنین تیری را در قطب نما دیدید. جهت میدان مغناطیسی در هر نقطه، جهتی است که قطب شمال N سوزن مغناطیسی پس از جهت گیری مجدد نشان می دهد (شکل 2 را ببینید).

با ساخت خطوط میدان مغناطیسی به اصطلاح می توان تصویر کامل و واضحی از میدان مغناطیسی به دست آورد (شکل 3 را ببینید).

برنج. 3. خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی

اینها خطوطی هستند که جهت بردار القای مغناطیسی (یعنی جهت قطب N سوزن مغناطیسی) را در هر نقطه از فضا نشان می دهند. با استفاده از یک سوزن مغناطیسی، می توانید تصویری از خطوط نیروی میدان های مغناطیسی مختلف به دست آورید. در اینجا، برای مثال، تصویری از خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی است (شکل 4 را ببینید).

برنج. 4. خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی

یک میدان مغناطیسی در هر نقطه وجود دارد، اما ما خطوط را در فاصله ای از یکدیگر رسم می کنیم. این فقط راهی برای به تصویر کشیدن یک میدان مغناطیسی است، ما همین کار را با کشش انجام دادیم میدان الکتریکی(شکل 5 را ببینید).

برنج. 5. خطوط قدرت میدان الکتریکی

هرچه خطوط متراکم تر رسم شوند، ماژول القای مغناطیسی در یک منطقه معین از فضا بیشتر می شود. همانطور که می بینید (نگاه کنید به شکل 4)، خطوط نیرو از قطب شمال آهنربا خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند. در داخل آهنربا، خطوط میدان نیز ادامه دارند. برخلاف خطوط میدان الکتریکی که با بارهای مثبت شروع می شوند و با بارهای منفی خاتمه می یابند، خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند (شکل 6 را ببینید).

برنج. 6. خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند

میدانی که خطوط میدان آن بسته باشد، میدان برداری گردابی نامیده می شود. میدان الکترواستاتیک یک گرداب نیست، یک پتانسیل است. تفاوت اساسی بین میدان‌های گرداب و پتانسیل در این است که کار یک میدان پتانسیل در هر مسیر بسته صفر است. میدان گرداباین اشتباه است. زمین نیز آهنربای عظیمی است، میدان مغناطیسی دارد که با کمک سوزن قطب نما آن را تشخیص می دهیم. جزئیات بیشتر در مورد میدان مغناطیسی زمین در شاخه توضیح داده شده است.

سیاره ما زمین یک آهنربای بزرگ است که قطب های آن در نزدیکی تقاطع سطح با محور چرخش قرار دارند. از نظر جغرافیایی، این دو قطب جنوب و شمال هستند. به همین دلیل است که سوزن قطب نما که یک آهنربا نیز هست با زمین تعامل دارد. جهت گیری آن به گونه ای است که یک انتها به قطب شمال و دیگری به قطب جنوب اشاره می کند (شکل 7 را ببینید). شکل 7. سوزن قطب نما با زمین تعامل دارد نقطه ای که به قطب شمال زمین اشاره می کند N تعیین شد که به معنای شمال است - از انگلیسی به عنوان "شمال" ترجمه شده است. و آن چیزی که به قطب جنوب زمین اشاره می کند S است که به معنای جنوب است - از انگلیسی به عنوان "جنوب" ترجمه شده است. چون جذب می کنند قطب های مخالفآهن ربا، سپس قطب شمال فلش به قطب مغناطیسی جنوبی زمین اشاره می کند (شکل 8 را ببینید). برنج. 8. برهمکنش قطب نما و قطب های مغناطیسی زمین به نظر می رسد که قطب مغناطیسی جنوب در قطب جغرافیایی شمال قرار دارد. و بالعکس، مغناطیسی شمالی در نزدیکی جنوب واقع شده است قطب جغرافیاییزمین.

حال با آشنایی با مدل میدان مغناطیسی میدان یک هادی با جریان مستقیم را بررسی می کنیم. در قرن نوزدهم، دانشمند دانمارکی اورستد کشف کرد که یک سوزن مغناطیسی با رسانایی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند، برهمکنش می کند (شکل 9 را ببینید).

برنج. 9. برهمکنش یک سوزن مغناطیسی با یک هادی

تمرین نشان می دهد که در میدان مغناطیسی یک هادی مستقیم که جریان را حمل می کند، سوزن مغناطیسی در هر نقطه مماس بر یک دایره خاص تنظیم می شود. صفحه این دایره بر هادی حامل جریان عمود است و مرکز آن روی محور هادی قرار دارد (شکل 10 را ببینید).

برنج. 10. محل قرارگیری سوزن مغناطیسی در میدان مغناطیسی یک هادی مستقیم

اگر جهت جریان جریان را از طریق هادی تغییر دهید، سوزن مغناطیسی در هر نقطه در جهت مخالف خواهد چرخید (شکل 11 را ببینید).

برنج. 11. هنگام تغییر جهت جریان جریان الکتریکی

یعنی جهت میدان مغناطیسی به جهت جریان جریان از طریق هادی بستگی دارد. این وابستگی را می توان با استفاده از یک روش تجربی ساده توصیف کرد - قوانین جیملت:

اگر جهت حرکت رو به جلواگر گیملت با جهت جریان در هادی منطبق باشد، جهت چرخش دسته آن با جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط این هادی مطابقت دارد (شکل 12 را ببینید).

بنابراین، میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان در هر نقطه مماس بر دایره ای است که در صفحه ای عمود بر هادی قرار دارد. مرکز دایره با محور هادی منطبق است. جهت بردار میدان مغناطیسی در هر نقطه با جهت جریان در هادی توسط قانون گیملت مرتبط است. از نظر تجربی، هنگام تغییر قدرت جریان و فاصله از هادی، مشخص شده است که بزرگی بردار القای مغناطیسی با جریان متناسب و با فاصله از هادی نسبت معکوس دارد. مدول بردار القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط یک هادی بی نهایت با جریان برابر است با:

ضریب تناسب که اغلب در مغناطیس یافت می شود کجاست. به آن نفوذپذیری مغناطیسی خلاء می گویند. عددی برابر با:

برای میدان های مغناطیسی، همانطور که برای میدان های الکتریکی، اصل برهم نهی معتبر است. میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط منابع مختلف در یک نقطه از فضا جمع می شوند (شکل 13 را ببینید).

برنج. 13. میدان های مغناطیسی از منابع مختلف جمع می شوند

مشخصه نیروی کل چنین میدانی، مجموع بردار مشخصات نیروی میدان های هر منبع خواهد بود. بزرگی میدان القای مغناطیسی ایجاد شده توسط یک جریان در یک نقطه خاص را می توان با خم کردن هادی به صورت دایره ای افزایش داد. اگر میدان‌های مغناطیسی بخش‌های کوچکی از چنین سیم پیچی را در نقطه‌ای که در داخل این پیچ قرار دارد، در نظر بگیریم، روشن می‌شود. مثلا در مرکز.

طبق قاعده gimlet، قسمتی که علامت گذاری شده است، یک فیلد به سمت بالا در آن ایجاد می کند (شکل 14 را ببینید).

برنج. 14. میدان مغناطیسی قطعات

قطعه به طور مشابه یک میدان مغناطیسی در این نقطه ایجاد می کند که به آنجا هدایت می شود. به همین ترتیب برای سایر بخش ها. سپس مشخصه نیروی کل (یعنی بردار القای مغناطیسی B) در این نقطه برهم نهی از ویژگی های نیروی میدان های مغناطیسی تمام بخش های کوچک در این نقطه خواهد بود و به سمت بالا هدایت می شود (شکل 15 را ببینید).

برنج. 15. مشخصه نیروی کل در مرکز سیم پیچ

برای یک چرخش دلخواه، نه لزوما به شکل دایره، به عنوان مثال برای یک قاب مربع (نگاه کنید به شکل 16)، بزرگی بردار داخل پیچ به طور طبیعی به شکل، اندازه چرخش و قدرت فعلی بستگی دارد. در آن، اما جهت بردار القای مغناطیسی همیشه به همان روش تعیین می شود (به عنوان برهم نهی میدان های ایجاد شده توسط قطعات کوچک).

برنج. 16. میدان مغناطیسی قطعات قاب مربعی

تعیین جهت میدان داخل پیچ را به تفصیل شرح داده ایم اما در مورد کلیبا استفاده از یک قانون جیملت کمی تغییر یافته می توان آن را بسیار ساده تر یافت:

اگر دسته گیملت را در جهتی بچرخانید که جریان در سیم پیچ جریان می یابد، نوک گیره جهت بردار القای مغناطیسی داخل سیم پیچ را نشان می دهد (شکل 17 را ببینید).

یعنی اکنون چرخش دسته مطابق با جهت جریان است و حرکت گیملت با جهت میدان مطابقت دارد. و نه برعکس، همانطور که در مورد یک هادی مستقیم بود. اگر یک هادی بلند که از طریق آن جریان می گذرد به یک فنر نورد شود، این دستگاه از چرخش های زیادی تشکیل می شود. میدان های مغناطیسی هر چرخش سیم پیچ بر اساس اصل برهم نهی جمع می شوند. بنابراین، میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ در نقطه ای، مجموع میدان های ایجاد شده توسط هر یک از پیچ ها در آن نقطه خواهد بود. می توانید تصویر خطوط میدان چنین سیم پیچی را در شکل مشاهده کنید. 18.

برنج. 18. خطوط برق کویل

چنین وسیله ای سیم پیچ، برقی یا الکترومغناطیس نامیده می شود. به راحتی می توان فهمید که خواص مغناطیسی سیم پیچ مانند یک آهنربای دائمی خواهد بود (شکل 19 را ببینید).

برنج. 19. خواص مغناطیسیسیم پیچ و آهنربای دائمی

یک طرف سیم پیچ (که در تصویر بالا آمده است) به عنوان قطب شمال آهنربا و طرف دیگر به عنوان قطب جنوب عمل می کند. چنین وسیله ای به طور گسترده ای در فناوری استفاده می شود زیرا می توان آن را کنترل کرد: تنها زمانی که جریان در سیم پیچ روشن شود به آهنربا تبدیل می شود. توجه داشته باشید که خطوط میدان مغناطیسی داخل سیم پیچ تقریباً موازی بوده و چگالی آنها زیاد است. میدان داخل شیر برقی بسیار قوی و یکنواخت است. میدان بیرون سیم پیچ غیر یکنواخت است، بسیار ضعیف تر از میدان داخل است و در جهت مخالف هدایت می شود. جهت میدان مغناطیسی داخل سیم پیچ با قاعده gimlet برای میدان داخل یک پیچ تعیین می شود. برای جهت چرخش دسته، جهت جریانی را که از سیم پیچ می گذرد، در نظر می گیریم و حرکت گیملت جهت میدان مغناطیسی داخل آن را نشان می دهد (شکل 20 را ببینید).

برنج. 20. قاعده قرقره گیملت

اگر یک سیم پیچ حامل جریان را در یک میدان مغناطیسی قرار دهید، مانند یک سوزن مغناطیسی خود را تغییر می دهد. لحظه نیرویی که باعث چرخش می شود به بزرگی بردار القای مغناطیسی در یک نقطه معین، مساحت سیم پیچ و قدرت جریان موجود در آن به شرح زیر است:

اکنون برای ما روشن می شود که خواص مغناطیسی یک آهنربای دائمی از کجا می آید: الکترونی که در یک اتم در امتداد یک مسیر بسته حرکت می کند مانند یک سیم پیچ با جریان است و مانند سیم پیچ دارای میدان مغناطیسی است. و همانطور که در مثال سیم پیچ دیدیم، بسیاری از چرخش های دارای جریان، که به روش خاصی مرتب شده اند، دارای میدان مغناطیسی قوی هستند.

میدان ایجاد شده توسط آهنرباهای دائمی نتیجه حرکت بارهای درون آنهاست. و این بارها الکترون های موجود در اتم ها هستند (شکل 21 را ببینید). برنج. 21. حرکت الکترون ها در اتم ها اجازه دهید مکانیسم وقوع آن را در سطح کیفی توضیح دهیم. همانطور که می دانید الکترون های یک اتم در حال حرکت هستند. بنابراین، هر الکترون در هر اتم میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند، بنابراین معلوم می شود مقدار زیادیآهنرباهایی به اندازه یک اتم برای اکثر مواد، این آهن رباها و میدان های مغناطیسی آنها به طور تصادفی جهت گیری می شوند. بنابراین، کل میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط بدن صفر است. اما موادی وجود دارند که در آنها میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط تک تک الکترون ها به همان روش جهت گیری می شوند (شکل 22 را ببینید). برنج. 22. میدان های مغناطیسی نیز به همین ترتیب جهت گیری می شوند بنابراین، میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط هر الکترون با هم جمع می شوند. در نتیجه جسمی که از چنین ماده ای ساخته شده است دارای میدان مغناطیسی بوده و یک آهنربای دائمی است. در یک میدان مغناطیسی خارجی، اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌ها، که همانطور که متوجه شدیم، میدان مغناطیسی خاص خود را دارند، مانند یک سوزن قطب‌نما می‌چرخند (شکل 23 را ببینید). برنج. 23. چرخش اتم ها در میدان مغناطیسی خارجی اگر قبلاً در یک جهت نبودند و یک میدان مغناطیسی کل قوی تشکیل نمی دادند، پس از مرتب شدن آهنرباهای اولیه، میدان های مغناطیسی آنها جمع می شود. و اگر پس از عمل میدان خارجی نظم حفظ شود، ماده آهنربا باقی می ماند. فرآیند توصیف شده مغناطیسی نامیده می شود.

قطب های منبع جریان تامین کننده شیر برقی را با ولتاژ نشان داده شده در شکل مشخص کنید. 24 تعامل. بیایید فکر کنیم: یک شیر برقی که در آن جریان مستقیم جریان دارد مانند یک آهنربا رفتار می کند.

برنج. 24. منبع فعلی

با توجه به شکل. 24 مشاهده می شود که سوزن مغناطیسی با قطب جنوب خود به سمت شیر ​​برقی جهت گیری شده است. همان قطب هاآهنرباها یکدیگر را دفع می کنند و آهنرباهای مخالف جذب می شوند. بنابراین، قطب چپ خود شیر برقی شمالی است (شکل 25 را ببینید).

برنج. 25. قطب چپ شیر برقی شمالی است

خطوط القای مغناطیسی از قطب شمال خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند. این بدان معنی است که میدان داخل شیر برقی به سمت چپ هدایت می شود (شکل 26 را ببینید).

برنج. 26. میدان داخل شیر برقی به سمت چپ هدایت می شود

خوب، جهت میدان داخل شیر برقی با قانون گیملت تعیین می شود. ما می دانیم که میدان به سمت چپ هدایت می شود - بنابراین بیایید تصور کنیم که ژیملت در این جهت پیچ شده است. سپس دسته آن جهت جریان در شیر برقی - از راست به چپ را نشان می دهد (شکل 27 را ببینید).

جهت جریان با جهتی که بار مثبت در آن حرکت می کند تعیین می شود. و یک بار مثبت از نقطه ای با پتانسیل بالاتر (قطب مثبت منبع) به نقطه ای با پتانسیل کمتر (قطب منفی منبع) حرکت می کند. در نتیجه، قطب منبع واقع در سمت راست مثبت و در سمت چپ منفی است (شکل 28 را ببینید).

برنج. 28. تعیین قطب های منبع

مشکل 2

یک قاب با مساحت 400 در میدان مغناطیسی یکنواخت با القای 0.1 T قرار می گیرد به طوری که نرمال قاب عمود بر خطوط القایی است. گشتاور 20 با چه قدرت جریانی روی قاب اثر می گذارد (شکل 29 را ببینید)؟

برنج. 29. ترسیم برای مسئله 2

بیایید استدلال کنیم: لحظه نیرویی که باعث چرخش می شود به اندازه بردار القای مغناطیسی در یک نقطه معین، مساحت سیم پیچ و قدرت جریان در آن با رابطه زیر مرتبط است:

در مورد ما، تمام داده های لازم در دسترس است. باقی مانده است که قدرت جریان مورد نیاز را بیان کنیم و پاسخ را محاسبه کنیم:

مشکل حل شده است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. سوکولوویچ یو.آ.، بوگدانوا جی.اس. فیزیک: کتاب مرجع با مثال هایی از حل مسئله. - پارتیشن مجدد نسخه 2. - X.: وستا: انتشارات رانک، 1384. - 464 ص.
2. Myakishev G.Ya. فیزیک: کتاب درسی. برای کلاس یازدهم آموزش عمومی نهادها - م.: آموزش و پرورش، 2010.

1. پورتال اینترنتی "هایپرمارکت دانش" ()
2. پورتال اینترنتی "مجموعه یکپارچه TsOR" ()

مشق شب

تمام فرمول ها مطابق دقیق گرفته می شوند موسسه فدرال اندازه گیری های آموزشی (FIPI)

3.3 یک میدان مغناطیسی

3.3.1 برهمکنش مکانیکی آهنرباها

در نزدیکی بار الکتریکی، شکل عجیبی از ماده تشکیل می شود - یک میدان الکتریکی. شکل مشابهی از ماده در اطراف آهنربا وجود دارد، اما منشأ آن متفاوت است (در نهایت، سنگ معدن از نظر الکتریکی خنثی است)، به آن میدان مغناطیسی می گویند. برای مطالعه میدان مغناطیسی از آهنرباهای مستقیم یا نعل اسبی استفاده می شود. مکان های خاصی از آهنربا بیشترین اثر جذاب را دارند که به آنها قطب (شمال و جنوب) می گویند. قطب های مغناطیسی مخالف جذب می شوند و مانند قطب های مغناطیسی دفع می شوند.

یک میدان مغناطیسی بردار القای مغناطیسی

برای مشخص کردن قدرت میدان مغناطیسی، از بردار القایی میدان مغناطیسی B استفاده کنید. خطوط بسته اند، نه آغاز دارند و نه پایان. محلی که خطوط مغناطیسی از آن بیرون می آیند، قطب شمال است؛ خطوط مغناطیسی وارد قطب جنوب می شوند.

القای مغناطیسی B [Tl]- کمیت فیزیکی برداری که یک نیروی مشخصه میدان مغناطیسی است.

اصل برهم نهی میدان های مغناطیسی -اگر میدان مغناطیسی در یک نقطه معین از فضا توسط چندین منبع میدان ایجاد شود، القای مغناطیسی مجموع برداری از القاء هر میدان به طور جداگانه است. :

خطوط میدان مغناطیسی الگوی خطوط میدان آهنربای دائمی نواری و نعل اسبی

3.3.2 آزمایش ارستد. میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان. تصویر خطوط میدان یک هادی مستقیم بلند و یک هادی حلقه بسته، یک سیم پیچ با جریان

میدان مغناطیسی نه تنها در اطراف آهنربا، بلکه در اطراف هر هادی حامل جریان نیز وجود دارد. آزمایش ارستد اثر جریان الکتریکی روی آهنربا را نشان می دهد. اگر یک هادی مستقیم حامل جریان از سوراخی در یک ورق مقوا عبور داده شود که براده های کوچک آهنی یا فولادی روی آن پراکنده شده است، دایره های متحدالمرکزی را تشکیل می دهند که مرکز آنها روی محور هادی قرار دارد. این دایره ها خطوط میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان را نشان می دهند.

3.3.3 نیروی آمپر، جهت و بزرگی آن:

قدرت آمپر- نیروی وارد بر هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی. جهت نیروی آمپر با قانون سمت چپ تعیین می شود: اگر دست چپطوری قرار می گیرد که جزء عمود بردار القای مغناطیسی B وارد کف دست شود و چهار انگشت کشیده در جهت جریان هدایت شوند، سپس شست خم شده 90 درجه جهت نیروی وارد بر بخش هادی را نشان می دهد. با جریان، یعنی نیروی آمپر.

جایی که من- قدرت جریان در هادی؛

ب

L- طول هادی واقع در میدان مغناطیسی؛

α - زاویه بین بردار میدان مغناطیسی و جهت جریان در هادی.

3.3.4 نیروی لورنتس، جهت و بزرگی آن:

از آنجایی که جریان الکتریکی حرکت منظم بارها را نشان می دهد، تأثیر میدان مغناطیسی بر رسانایی که جریان را حمل می کند، نتیجه عمل آن بر بارهای متحرک منفرد است. نیرویی که میدان مغناطیسی بر بارهای متحرک در آن وارد می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود. نیروی لورنتس با رابطه زیر تعیین می شود:

جایی که q- مقدار بار متحرک؛

V- ماژول سرعت آن؛

ب- ماژول بردار القای میدان مغناطیسی؛

α زاویه بین بردار سرعت بار و بردار القای مغناطیسی است.

لطفا توجه داشته باشید که نیروی لورنتس عمود بر سرعت است و بنابراین کار نمی کند، مدول سرعت بار و انرژی جنبشی آن را تغییر نمی دهد. اما جهت سرعت به طور مداوم تغییر می کند.

نیروی لورنتس بر بردارها عمود است که درو vو جهت آن با استفاده از همان قانون سمت چپ جهت نیروی آمپر تعیین می شود: اگر دست چپ طوری قرار گیرد که جزء القای مغناطیسی باشد که درعمود بر سرعت بار، وارد کف دست شد و چهار انگشت در امتداد حرکت بار مثبت (در برابر حرکت بار منفی، مثلاً یک الکترون) هدایت شدند، سپس شست خم شده 90 درجه نشان می دهد جهت نیروی لورنتس که بر روی بار وارد می شود فلوریدا.

حرکت یک ذره باردار در یک میدان مغناطیسی یکنواخت

هنگامی که یک ذره باردار در میدان مغناطیسی حرکت می کند، نیروی لورنتس هیچ اثری ندارد.بنابراین، بزرگی بردار سرعت با حرکت ذره تغییر نمی کند. اگر یک ذره باردار تحت تأثیر نیروی لورنتس در یک میدان مغناطیسی یکنواخت حرکت کند و سرعت آن در صفحه ای عمود بر بردار باشد، آنگاه ذره در دایره ای به شعاع R حرکت می کند.

"تعیین میدان مغناطیسی" - با استفاده از داده های به دست آمده در طول آزمایش، جدول را پر کنید. جی. ورن. وقتی آهنربا را به یک سوزن مغناطیسی می آوریم، می چرخد. نمایش گرافیکی میدان های مغناطیسی هانس کریستین اورستد. میدان الکتریکی. آهنربا دو قطب دارد: شمال و جنوب. مرحله تعمیم و نظام مند شدن دانش.

"میدان مغناطیسی و نمایش گرافیکی آن" - میدان مغناطیسی ناهمگن. سیم پیچ های فعلی خطوط مغناطیسی فرضیه آمپر داخل آهنربای نواری قطب های مغناطیسی مخالف. نورهای قطبی. میدان مغناطیسی آهنربای دائمی یک میدان مغناطیسی میدان مغناطیسی زمین. قطب های مغناطیسی. بیومترولوژی. دایره های متحدالمرکز میدان مغناطیسی یکنواخت

"انرژی میدان مغناطیسی" یک کمیت اسکالر است. محاسبه اندوکتانس میدان های مغناطیسی ثابت زمان استراحت. تعریف اندوکتانس انرژی سیم پیچ. جریان های اضافی در یک مدار با اندوکتانس. فرآیندهای گذرا تراکم انرژی. الکترودینامیک. مدار نوسانی. میدان مغناطیسی پالسی خود القایی. چگالی انرژی میدان مغناطیسی

"ویژگی های میدان مغناطیسی" - خطوط القای مغناطیسی. قانون گیملت در امتداد خطوط نیرو بچرخید. مدل کامپیوتریمیدان مغناطیسی زمین. ثابت مغناطیسی القای مغناطیسی تعداد حامل های شارژ سه روش برای تنظیم بردار القای مغناطیسی. میدان مغناطیسی جریان الکتریکی فیزیکدان ویلیام گیلبرت.

"خواص میدان مغناطیسی" - نوع ماده. القای مغناطیسی میدان مغناطیسی القای مغناطیسی آهنربای دائمی برخی از مقادیر القای مغناطیسی سوزن مغناطیسی. بلندگو. ماژول بردار القاء مغناطیسی. خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند. تعامل جریان ها. گشتاور. خواص مغناطیسی ماده

"حرکت ذرات در میدان مغناطیسی" - طیف نگار. تجلی نیروی لورنتس. نیروی لورنتس سیکلوترون. تعیین بزرگی نیروی لورنتس. کنترل سوالات جهت های نیروی لورنتس. ماده بین ستاره ای وظیفه آزمایش. تغییر تنظیمات. یک میدان مغناطیسی طیف نگار جرمی حرکت ذرات در میدان مغناطیسی لامپ پرتوی کاتدی.

در مجموع 20 ارائه وجود دارد