Nézzük meg együtt, mi az a mágneses tér. Hiszen sokan egész életükben ezen a területen élnek, és nem is gondolnak rá. Ideje megjavítani!
Mágneses mező
Mágneses mező – különleges fajtaügy. Ez a mozgó elektromos töltésekre és testekre gyakorolt hatásban nyilvánul meg, amelyek saját mágneses nyomatékkal rendelkeznek (állandó mágnesek).
Fontos: a mágneses tér nem befolyásolja az álló töltéseket! Mágneses mezőt mozgó elektromos töltések is létrehoznak, vagy időben változó elektromos tér, ill mágneses momentumok elektronok az atomokban. Vagyis minden vezeték, amelyen áram folyik, szintén mágnessé válik!
Egy test, amelynek saját mágneses tere van.
A mágnesnek északi és déli pólusai vannak. Az "északi" és a "déli" megjelölés csak a kényelem kedvéért van megadva (például a "plusz" és a "mínusz" az elektromosságban).
A mágneses teret a mágneses távvezetékek. Az erővonalak folytonosak és zártak, irányuk mindig egybeesik a térerők hatásirányával. Ha fémforgácsot szórnak szét egy állandó mágnes körül, a fémrészecskék tiszta képet fognak mutatni távvezetékek mágneses mező, elhagyja az északi és belépő Déli-sark. Mágneses tér grafikus jellemzője - erővonalak.
A mágneses tér jellemzői
A mágneses tér fő jellemzői a következők mágneses indukció, mágneses fluxusÉs mágneses permeabilitás. De beszéljünk mindent sorban.
Azonnal jegyezzük meg, hogy a rendszerben minden mértékegység adott SI.
Mágneses indukció B – vektor fizikai mennyiség, amely a mágneses térre jellemző fő erő. Betűvel jelölve B . A mágneses indukció mértékegysége Tesla (T).
A mágneses indukció a töltésre kifejtett erő meghatározásával mutatja meg, hogy milyen erős a tér. Ezt az erőt ún Lorentz erő.
Itt q - töltés, v - sebessége mágneses térben, B - indukció, F - Lorentz-erő, amellyel a mező hat a töltésre.
F– egy fizikai mennyiség, amely megegyezik a mágneses indukció szorzatával az áramkör területe és az indukcióvektor közötti koszinusz és az áramkör azon síkjának normálja között, amelyen a fluxus áthalad. Mágneses fluxus- a mágneses tér skaláris karakterisztikája.
Azt mondhatjuk, hogy a mágneses fluxus az egységnyi területen áthatoló mágneses indukciós vonalak számát jellemzi. A mágneses fluxust mértékegységben mérik Weberach (Wb).
Mágneses permeabilitás– a közeg mágneses tulajdonságait meghatározó együttható. Az egyik paraméter, amelytől a mező mágneses indukciója függ, a mágneses permeabilitás.
Bolygónk több milliárd éve hatalmas mágnes. A Föld mágneses mezejének indukciója a koordinátáktól függően változik. Az Egyenlítőnél körülbelül 3,1-szerese a Tesla mínusz ötödik hatványának. Ezenkívül vannak olyan mágneses anomáliák, amelyeknél a mező értéke és iránya jelentősen eltér a szomszédos területektől. A bolygó legnagyobb mágneses anomáliái közül néhány KurszkÉs Brazil mágneses anomáliák.
A Föld mágneses mezejének eredete továbbra is rejtély marad a tudósok számára. Feltételezzük, hogy a mező forrása a Föld folyékony fémmagja. A mag mozog, ami azt jelenti, hogy az olvadt vas-nikkel ötvözet mozog, és a töltött részecskék mozgása az elektromos áram, amely a mágneses teret generálja. A probléma az, hogy ez az elmélet ( geodinamó) nem magyarázza meg, hogyan tartják stabilan a mezőt.
A Föld egy hatalmas mágneses dipólus. A mágneses pólusok nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal, bár közel vannak. Ráadásul a Föld mágneses pólusai mozognak. Elmozdulásukat 1885 óta jegyezték fel. Például az elmúlt száz évben a mágneses pólus be Déli félteke közel 900 kilométert mozdult el, és jelenleg a Déli-óceánban található. A sarkvidéki félteke pólusa a Jeges-tengeren át a kelet-szibériai mágneses anomáliáig halad, mozgási sebessége (2004-es adatok szerint) évente mintegy 60 kilométer volt. Most felgyorsul a pólusok mozgása - átlagosan évente 3 kilométerrel növekszik a sebesség.
Mi a jelentősége számunkra a Föld mágneses mezőjének? Először is, a Föld mágneses tere megvédi a bolygót a kozmikus sugaraktól és a napszéltől. A mélyűrből származó töltött részecskék nem közvetlenül a földre esnek, hanem egy óriási mágnes eltéríti őket, és annak erővonalai mentén mozognak. Így minden élőlény védett a káros sugárzástól.
A Föld történelme során számos esemény történt. inverziók mágneses pólusok (változásai). Pólus inverzió- ilyenkor helyet cserélnek. Utoljára ez a jelenség körülbelül 800 ezer évvel ezelőtt fordult elő, és összesen több mint 400 geomágneses inverzió volt a Föld történetében Egyes tudósok úgy vélik, hogy a mágneses pólusok mozgásának megfigyelt felgyorsulását figyelembe véve a következő pólus inverzióra kell számítani a következő pár ezer évben.
Szerencsére századunkban még nem várható pólusváltás. Ez azt jelenti, hogy a mágneses tér alapvető tulajdonságait és jellemzőit figyelembe véve kellemes dolgokon gondolkodhat és élvezheti az életet a Föld jó öreg állandó mezőjében. És hogy ezt megtehesse, ott vannak szerzőink, akikre bátran rábízhatja az oktatási gondok egy részét! és más típusú munkákat a link segítségével rendelhet meg.
Feladatok katalógusa.
Feladatok D13. Mágneses mező. Elektromágneses indukció
Végezzen teszteket ezeken a feladatokon
Vissza a feladatkatalógushoz
MS Word-ben való nyomtatáshoz és másoláshoz használható verzió
Egy patkómágnes pólusai között elhelyezett fényvezető kereten elektromos áramot vezettek át, melynek irányát az ábrán nyilak jelzik.
Megoldás.
A mágneses mező a mágnes északi pólusától dél felé irányul (a keret AB oldalára merőlegesen). A keret áramerősségű oldalait az Amper-erő hat A mágnesmező a keret megfelelő oldalának hossza, a mágneses indukciós vektor és az áram iránya közötti szög szinusza. Így a keret AB oldalán és a vele párhuzamos oldalon egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú erők fognak hatni: a bal oldalon „tőlünk”, a jobb oldalon pedig „rajtunk”. Az erők nem hatnak a fennmaradó oldalakra, mivel a bennük lévő áram a térvonalakkal párhuzamosan folyik. Így felülről nézve a keret az óramutató járásával megegyező irányban forogni kezd.
Ahogy fordul, az erő iránya megváltozik, és abban a pillanatban, amikor a keret 90°-kal elfordul, a forgatónyomaték irányt változtat, így a keret nem forog tovább. Ebben a helyzetben a keret egy ideig oszcillálni fog, majd a 4. ábrán látható helyzetbe kerül.
Válasz: 4
Forrás: Állami Fizikai Akadémia. Fő hullám. 1313. lehetőség.
A tekercsen elektromos áram folyik át, melynek iránya az ábrán látható. Ugyanakkor a tekercs vasmagjának végein
1) mágneses pólusok keletkeznek: az 1. végén - északi sark; a végén 2 - déli
2) mágneses pólusok keletkeznek: az 1. végén - a déli pólus; a végén 2 - északi
3) elektromos töltések halmozódnak fel: az 1. végén - negatív töltés; a végén 2 pozitív
4) elektromos töltések halmozódnak fel: az 1. végén - pozitív töltés; a végén 2 - negatív
Megoldás.
Amikor a töltött részecskék mozognak, mindig mágneses tér keletkezik. Használjuk a szabályt jobb kéz a mágneses indukciós vektor irányának meghatározásához: mutasson ujjaival az áramvonal mentén, ekkor a behajlított hüvelykujj jelzi a mágneses indukciós vektor irányát. Így a mágneses indukciós vonalak az 1. végtől a 2. végig irányulnak. A mágneses erővonalak belépnek a déli mágneses pólusba, és északról távoznak.
A helyes válasz a szám alatt van feltüntetve 2.
Jegyzet.
A mágnes (tekercs) belsejében a mágneses erővonalak a déli pólustól az északi pólusig mennek.
Válasz: 2
Forrás: Állami Fizikai Akadémia. Fő hullám. Opció 1326., OGE-2019. Fő hullám. 54416 opció
Az ábrán két, vasreszelékkel nyert szalagmágnes mágneses erővonalainak képe látható. A mágnestű elhelyezkedéséből ítélve a szalagmágnesek mely pólusai felelnek meg az 1. és 2. területnek?
1) 1 - északi pólus; 2 - dél
2) 1 - déli; 2 - északi pólus
3) mind az 1, mind a 2 - az északi pólusra
4) mind az 1, mind a 2 - a déli pólusra
Megoldás.
Mivel a mágneses vonalak zártak, a pólusok nem lehetnek egyszerre déli és északiak. Az N (északi) betű az északi pólust, az S (déli) a déli pólust jelöli. Az Északi-sarkot a Déli-sark vonzza. Ezért az 1. régió a déli pólus, a 2. régió az északi pólus.
Ebben a leckében, melynek témája: „Egy állandó mágneses tere elektromos áram", megtudjuk, mi a mágnes, hogyan kölcsönhatásba lép más mágnesekkel, leírjuk a mágneses tér és a mágneses indukciós vektor definícióit, és a gimlet szabályt is felhasználjuk a mágneses indukciós vektor irányának meghatározására.
Mindannyian tartottatok mágnest a kezében, és ismeri annak csodálatos tulajdonságát: távolról kölcsönhatásba lép egy másik mágnessel vagy egy vasdarabbal. Mi ez abban a mágnesben, ami ezeket adja csodálatos tulajdonságok? Lehetséges saját kezűleg mágnest készíteni? Lehetséges, és leckénkből megtudhatja, mi kell ehhez. Legyünk előrébb: ha egy egyszerű vasszöget veszünk, annak nem lesz mágneses tulajdonsága, de ha dróttal körbetekerjük és akkumulátorhoz kötjük, mágnest kapunk (lásd 1. ábra).
Rizs. 1. Szög huzalba csavarva és akkumulátorhoz csatlakoztatva
Kiderült, hogy a mágnes megszerzéséhez elektromos áramra van szükség - mozgás elektromos töltés. Az állandó mágnesek, például a hűtőmágnesek tulajdonságai is az elektromos töltés mozgásához kapcsolódnak. Egy bizonyos mágneses töltés, mint az elektromos, nem létezik a természetben. Nincs rá szükség, elég a mozgó elektromos töltés.
Mielőtt megvizsgálnánk az egyenáram mágneses terét, meg kell állapodnunk a mágneses tér kvantitatív leírásában. A mágneses jelenségek kvantitatív leírásához szükséges a mágneses térre jellemző erő bevezetése. A mágneses teret kvantitatívan jellemző vektormennyiséget mágneses indukciónak nevezzük. Általában nagynak jelölik latin betű B, teslában mérve.
A mágneses indukció egy vektormennyiség, amely a tér adott pontjában a mágneses térre jellemző erő. A mágneses tér irányát az elektrosztatikus modell analógiájával határozzuk meg, amelyben a mezőt nyugalmi teszttöltésre gyakorolt hatása jellemzi. Csak itt egy mágneses tűt (hosszúkás állandó mágnes) használnak „tesztelemként”. Láttál egy ilyen nyilat az iránytűben. A mágneses tér irányának bármely pontban azt az irányt vesszük, amelyet a mágnestű N északi pólusa mutat az áttérés után (lásd 2. ábra).
A mágneses térről teljes és tiszta képet kaphatunk az úgynevezett mágneses erővonalak megszerkesztésével (lásd 3. ábra).
Rizs. 3. Állandó mágnes mágneses erővonalai
Ezek olyan vonalak, amelyek a mágneses indukciós vektor irányát mutatják (vagyis a mágnestű N pólusának irányát) a tér minden pontjában. Egy mágneses tű segítségével így képet kaphat a különböző mágneses mezők erővonalairól. Itt van például egy kép egy állandó mágnes mágneses erővonalairól (lásd a 4. ábrát).
Rizs. 4. Állandó mágnes mágneses erővonalai
Mágneses tér minden pontban létezik, de a vonalakat egymástól bizonyos távolságra húzzuk. Ez csak egy mágneses mező ábrázolásának módja, mi is így tettük a feszültséggel elektromos mező(lásd 5. ábra).
Rizs. 5. Elektromos térerősség vonalak
Minél sűrűbben húzzuk meg a vonalakat, annál nagyobb a mágneses indukciós modul egy adott tértartományban. Amint látható (lásd a 4. ábrát), az erővonalak elhagyják a mágnes északi pólusát, és belépnek a déli pólusba. A mágnes belsejében az erővonalak is folytatódnak. Ellentétben az elektromos erővonalakkal, amelyek pozitív töltésekkel kezdődnek és negatív töltésekkel végződnek, a mágneses erővonalak zártak (lásd a 6. ábrát).
Rizs. 6. A mágneses erővonalak zárva vannak
Az olyan mezőt, amelynek mezővonalai zártak, örvényvektormezőnek nevezzük. Az elektrosztatikus tér nem örvény, hanem potenciál. Az örvény- és a potenciálmezők közötti alapvető különbség az, hogy a potenciálmező munkája bármely zárt úton nulla. örvénymező ez rossz. A föld is egy hatalmas mágnes, van egy mágneses tere, amit egy iránytű tű segítségével érzékelünk. A Föld mágneses mezejéről bővebben az ágban olvashat.
|
A Föld bolygónk egy nagy mágnes, amelynek pólusai a felszín és a forgástengely metszéspontja közelében helyezkednek el. Földrajzilag ezek a Déli és Északi-sark. Ez az oka annak, hogy az iránytűben lévő tű, amely egyben mágnes is, kölcsönhatásba lép a Földdel. Olyan tájolású, hogy az egyik vége az Északi-sarkra, a másik a Déli-sarkra mutasson (lásd 7. ábra).
7. ábra. Az iránytű kölcsönhatásba lép a Földdel Azt, amelyik a Föld északi sarkára mutat, N-nek nevezték, ami északot jelent – angolul „észak”-nak fordítják. Az pedig, amely a Föld déli sarkára mutat, az S, ami délet jelent – angolul „dél”-nek fordítva. Mert vonzzák ellentétes pólusok mágneseket, akkor a nyíl északi pólusa a Föld déli mágneses pólusára mutat (lásd 8. ábra).
Rizs. 8. Az iránytű és a Föld mágneses pólusainak kölcsönhatása Kiderült, hogy a déli mágneses pólus az északi földrajzi sarkon található. És fordítva, a Northern Magnetic a déli közelében található földrajzi pólus Föld. |
Most, miután megismerkedtünk a mágneses tér modelljével, egy egyenáramú vezető terét vizsgáljuk. A 19. században a dán tudós, Oersted felfedezte, hogy a mágneses tű kölcsönhatásba lép egy vezetővel, amelyen elektromos áram folyik (lásd 9. ábra).
Rizs. 9. Mágneses tű kölcsönhatása vezetővel
A gyakorlat azt mutatja, hogy az áramot hordozó egyenes vezető mágneses mezőjében a mágneses tű minden pontban egy bizonyos kört érint. Ennek a körnek a síkja merőleges az áramvezetőre, középpontja pedig a vezető tengelyén fekszik (lásd 10. ábra).
Rizs. 10. A mágnestű elhelyezkedése az egyenes vezető mágneses terében
Ha megváltoztatja a vezetőn átfolyó áram irányát, a mágneses tű minden ponton az ellenkező irányba fog fordulni (lásd 11. ábra).
Rizs. 11. Az elektromos áram áramlási irányának megváltoztatásakor
Vagyis a mágneses tér iránya a vezetőn áthaladó áram irányától függ. Ez a függőség egy egyszerű, kísérletileg megállapított módszerrel írható le - gimlet szabályok:
ha irány előre mozgás Ha a karmantyú egybeesik a vezetőben folyó áram irányával, akkor a fogantyújának forgásiránya egybeesik a vezető által létrehozott mágneses tér irányával (lásd 12. ábra).
Tehát az áramvezető mágneses tere a vezetőre merőleges síkban fekvő kört érintő minden pontra irányul. A kör középpontja egybeesik a vezető tengelyével. A mágneses tér vektorának iránya az egyes pontokban a kardánszabály szerint összefügg a vezetőben folyó áram irányával. Tapasztalatilag az áramerősség és a vezetőtől való távolság megváltoztatásakor megállapították, hogy a mágneses indukciós vektor nagysága arányos az áramerősséggel és fordítottan arányos a vezető távolságával. A végtelen áramú vezető által létrehozott mező mágneses indukciós vektorának modulusa egyenlő:
hol van az arányossági együttható, amely gyakran megtalálható a mágnesességben. Ezt nevezik a vákuum mágneses permeabilitásának. Számszerűen egyenlő:
A mágneses mezőkre, akárcsak az elektromos mezőkre, a szuperpozíció elve érvényes. A tér egy pontján különböző források által létrehozott mágneses mezők összeadódnak (lásd 13. ábra).
Rizs. 13. A különböző forrásokból származó mágneses mezők összeadódnak
Egy ilyen mezőre jellemző összerő az egyes források mezőinek erőkarakterisztikájának vektorösszege lesz. Az áram által egy bizonyos ponton létrehozott mágneses indukciós tér nagysága növelhető, ha a vezetőt körbe hajlítjuk. Ez világos lesz, ha figyelembe vesszük egy ilyen huzalfordulat kis szegmenseinek mágneses mezőit egy ponton, amely ezen a fordulat belsejében található. Például a központban.
A jelű szakasz a gimlet szabály szerint felfelé irányuló mezőt hoz létre benne (lásd 14. ábra).
Rizs. 14. Szegmensek mágneses tere
A szegmens hasonlóképpen mágneses teret hoz létre ezen a ponton, oda irányítva. Hasonlóképpen a többi szegmenshez is. Ekkor a teljes erőkarakterisztika (vagyis a B mágneses indukciós vektor) ezen a ponton az összes kis szegmens mágneses mezőinek erőkarakterisztikájának szuperpozíciója lesz ezen a ponton, és felfelé irányul (lásd 15. ábra).
Rizs. 15. Teljes erő karakterisztika a tekercs közepén
Egy tetszőleges, nem feltétlenül kör alakú kanyarnál, például négyzet alakú keretnél (lásd 16. ábra), a kanyarban lévő vektor nagysága természetesen függ a kanyar alakjától, méretétől és az áramerősségtől. benne, de a mágneses indukciós vektor iránya mindig ugyanúgy lesz meghatározva (kis szegmensek által létrehozott mezők szuperpozíciójaként).
Rizs. 16. Négyzet alakú keretszegmensek mágneses tere
Részletesen leírtuk a mező irányának meghatározását a kanyarban, de be általános eset sokkal könnyebben meg lehet találni egy kissé módosított gimlet szabályt használva:
ha a kardán fogantyúját abba az irányba forgatod, amerre az áram folyik a tekercsben, akkor a kardán hegye jelzi a tekercsen belüli mágneses indukciós vektor irányát (lásd 17. ábra).
Vagyis most a fogantyú forgása az áram irányának, a kardán mozgása pedig a mező irányának felel meg. És nem fordítva, mint a közvetlen karmesternél. Ha egy hosszú vezetéket, amelyen keresztül áramlik, rugókká hengereljük, akkor ez az eszköz sok fordulatból áll. A tekercs egyes meneteinek mágneses mezői a szuperpozíció elve szerint összeadódnak. Így a tekercs által egy bizonyos ponton létrehozott mező az adott ponton az egyes fordulatok által létrehozott mezők összege lesz. Egy ilyen tekercs mezővonalainak képe az ábrán látható. 18.
Rizs. 18. Tekercses távvezetékek
Az ilyen eszközt tekercsnek, szolenoidnak vagy elektromágnesnek nevezik. Könnyen belátható, hogy a tekercs mágneses tulajdonságai megegyeznek az állandó mágnesével (lásd 19. ábra).
Rizs. 19. Mágneses tulajdonságok tekercs és állandó mágnes
A tekercs egyik oldala (amely a fenti képen látható) a mágnes északi pólusaként, a másik oldala pedig a déli pólusként működik. Az ilyen eszközt széles körben alkalmazzák a technikában, mert szabályozható: csak akkor válik mágnessé, ha a tekercsben az áramot bekapcsolják. Vegye figyelembe, hogy a tekercs belsejében lévő mágneses erővonalak szinte párhuzamosak, és sűrűségük nagy. A mágnesszelep belsejében lévő mező nagyon erős és egyenletes. A tekercsen kívüli mező nem egyenletes, sokkal gyengébb, mint a belső mező, és ellenkező irányban irányul. A tekercsen belüli mágneses tér irányát a gimlet szabály határozza meg, mint az egy fordulaton belüli mező esetében. A fogantyú forgásirányához a tekercsen átfolyó áram irányát vesszük, a kardán mozgása pedig a benne lévő mágneses tér irányát jelzi (lásd 20. ábra).
Rizs. 20. Orsó karmantyú szabály
Ha egy áramvezető tekercset mágneses térbe helyezünk, akkor az átirányítja magát, mint egy mágneses tű. A forgást okozó erőnyomaték a mágneses indukciós vektor nagyságával egy adott pontban, a tekercs területével és a benne lévő áramerősséggel függ össze:
Most már világossá válik számunkra, honnan erednek az állandó mágnes mágneses tulajdonságai: az atomban zárt úton mozgó elektron olyan, mint egy tekercs árammal, és a tekercshez hasonlóan mágneses tere van. És amint azt a tekercs példáján láttuk, sok árammal rendelkező, bizonyos módon rendezett fordulat erős mágneses mezővel rendelkezik.
|
Az állandó mágnesek által létrehozott mező a bennük lévő töltések mozgásának eredménye. Ezek a töltések pedig elektronok az atomokban (lásd 21. ábra).
Rizs. 21. Elektronok mozgása az atomokban Magyarázzuk meg minőségi szinten előfordulásának mechanizmusát. Mint tudják, az atomban lévő elektronok mozgásban vannak. Tehát minden egyes atomban minden elektron létrehozza a saját mágneses terét, így kiderül nagy mennyiség atom méretű mágnesek. A legtöbb anyag esetében ezek a mágnesek és mágneses mezőik véletlenszerűen orientáltak. Ezért a test által létrehozott teljes mágneses tér nulla. De vannak olyan anyagok, amelyekben az egyes elektronok által létrehozott mágneses mezők ugyanúgy orientálódnak (lásd 22. ábra).
Rizs. 22. A mágneses mezők ugyanígy vannak orientálva Ezért az egyes elektronok által létrehozott mágneses mezők összeadódnak. Ennek eredményeként az ilyen anyagból készült test mágneses mezővel rendelkezik, és állandó mágnes. Külső mágneses térben az egyes atomok vagy atomcsoportok, amelyek – mint megtudtuk – saját mágneses mezővel rendelkeznek, iránytűként forognak (lásd 23. ábra).
Rizs. 23. Atomok forgása külső mágneses térben Ha korábban nem voltak egy irányba orientálva, és nem alkottak erős teljes mágneses teret, akkor az elemi mágnesek rendezése után a mágneses mezőik összeadódnak. És ha egy külső tér hatására a rend megmarad, az anyag mágnes marad. A leírt folyamatot mágnesezésnek nevezzük. |
Jelölje meg a mágnesszelepet tápláló áramforrás pólusait az ábrán látható feszültségen. 24 interakció. Gondoljunk csak bele: az a mágnesszelep, amelyben egyenáram folyik, mágnesként viselkedik.
Rizs. 24. Aktuális forrás
ábra szerint. A 24. ábrán látható, hogy a mágnestű déli pólusával a szolenoid felé áll. Ugyanazok a rudak a mágnesek taszítják egymást, az ellentétes mágnesek pedig vonzzák egymást. Ebből következik, hogy magának a szolenoidnak a bal pólusa északi (lásd 25. ábra).
Rizs. 25. A mágnesszelep bal pólusa északi
A mágneses indukciós vonalak elhagyják az északi pólust és belépnek a déli pólusba. Ez azt jelenti, hogy a mágnesszelep belsejében lévő mező balra irányul (lásd 26. ábra).
Rizs. 26. A mágnesszelep belsejében lévő mező balra irányul
Nos, a mágnesszelepen belüli mező irányát a gimlet-szabály határozza meg. Tudjuk, hogy a mező balra van irányítva – képzeljük el, hogy a karikatúra ebben az irányban van becsavarva. Ekkor a fogantyúja jelzi az áram irányát a mágnesszelepben - jobbról balra (lásd 27. ábra).
Az áram irányát a pozitív töltés mozgási iránya határozza meg. A pozitív töltés pedig egy magasabb potenciálú pontból (a forrás pozitív pólusa) egy alacsonyabb potenciálú pontba (a forrás negatív pólusa) mozog. Következésképpen a jobb oldalon található forráspólus pozitív, a bal oldalon negatív (lásd 28. ábra).
Rizs. 28. Forráspólusok meghatározása
2. probléma
Egy 400 területű keretet egyenletes mágneses térbe helyeznek 0,1 T indukcióval úgy, hogy a keret normálja merőleges legyen az indukciós vonalakra. Mekkora áramerősségnél hat a 20 nyomaték a keretre (lásd 29. ábra)?
Rizs. 29. Rajz a 2. feladathoz
Indokolja meg: a fordulatot okozó erőnyomaték az adott pontban lévő mágneses indukciós vektor nagyságához, a tekercs területéhez és a benne lévő áramerősséghez kapcsolódik a következő összefüggéssel:
Esetünkben minden szükséges adat rendelkezésre áll. Marad a szükséges áramerősség kifejezése és a válasz kiszámítása:
A probléma megoldódott.
Bibliográfia
- Sokolovics Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: kézikönyv a problémamegoldás példáival. - 2. kiadás újrapartició. - X.: Vesta: Ranok Kiadó, 2005. - 464 p.
- Myakishev G.Ya. Fizika: Tankönyv. 11. osztály számára Általános oktatás intézmények. - M.: Oktatás, 2010.
- „Knowledge Hypermarket” internetes portál ()
- „A TsOR egységes gyűjteménye” internetes portál ()
Házi feladat
Minden képletet szigorúan betartanak Federal Institute of Pedagogical Measurements (FIPI)
3.3 MÁGNESES MEZŐ
3.3.1 Mágnesek mechanikai kölcsönhatása
Az elektromos töltés közelében az anyag sajátos formája képződik - elektromos mező. A mágnes körül van egy hasonló anyagforma, de ennek más az eredete (elvégre az érc elektromosan semleges), ezt mágneses térnek nevezik. A mágneses tér vizsgálatához egyenes vagy patkómágneseket használnak. A mágnes bizonyos helyeinek a legnagyobb vonzó hatása van, ezeket pólusoknak nevezzük (északi és déli). A szemben lévő mágneses pólusok vonzzák, és mint a mágneses pólusok taszítják.
Mágneses mező. Mágneses indukciós vektor
A mágneses tér erősségének jellemzésére használja a B mágneses tér indukciós vektort. A mágneses teret grafikusan ábrázoljuk erővonalak (mágneses indukciós vonalak) segítségével. A sorok zártak, nincs se elejük, se vége. A hely, ahonnan a mágneses vonalak kilépnek, az Északi-sark, a mágneses vonalak pedig a Déli-sarkon lépnek fel.
Mágneses indukció B [Tl]- vektorfizikai mennyiség, amely a mágneses térre jellemző erő.
A mágneses mezők szuperpozíciójának elve ha a tér egy adott pontjában több térforrás hoz létre mágneses teret, akkor a mágneses indukció az egyes mezők indukcióinak vektorösszege külön-külön :
Mágneses erővonalak. A szalag és patkó állandó mágnesek mezővonalainak mintázata
3.3.2 Oersted kísérlete. Egy áramvezető vezető mágneses tere. Egy hosszú egyenes vezető és egy zárt gyűrűs vezető térvonalainak képe, egy tekercs árammal
Mágneses tér nemcsak a mágnes körül létezik, hanem minden áramot vezető vezeték körül is. Oersted kísérlete az elektromos áram mágnesre gyakorolt hatását mutatja be. Ha egy kartonlap lyukon, amelyen kis vas- vagy acélreszelékek vannak szórva, egyenes áramvezető vezetéket vezetünk át, akkor ezek koncentrikus köröket képeznek, amelyek közepe a vezető tengelyén található. Ezek a körök az áramvezető mágneses erővonalait jelentik.
3.3.3 Ampererő, iránya és nagysága:
Amper teljesítmény- mágneses térben áramvezető vezetőre ható erő. Az Ampere erő irányát a balkéz szabály határozza meg: ha bal kézúgy kell elhelyezni, hogy a B mágneses indukciós vektor merőleges komponense a tenyérbe kerüljön, és a négy kinyújtott ujj az áram irányába legyen irányítva, akkor a 90 fokban hajlított hüvelykujj megmutatja a vezető szakaszára ható erő irányát az árammal, vagyis az Amper-erővel.
Ahol én- áramerősség a vezetőben;
B
L— a mágneses térben elhelyezkedő vezető hossza;
α - a mágneses térvektor és a vezetőben lévő áram iránya közötti szög.
3.3.4 Lorentz-erő, iránya és nagysága:
Mivel az elektromos áram a töltések rendezett mozgását jelenti, a mágneses mező hatása az áramot hordozó vezetőre az egyes mozgó töltésekre gyakorolt hatásának eredménye. A mágneses tér által a benne mozgó töltésekre kifejtett erőt Lorentz-erőnek nevezzük. A Lorentz-erőt a következő összefüggés határozza meg:
Ahol q— a mozgó töltés nagysága;
V— sebességének modulja;
B— a mágneses tér indukciós vektorának modulja;
α a töltési sebességvektor és a mágneses indukció vektor közötti szög.
Vegye figyelembe, hogy a Lorentz-erő merőleges a sebességre, ezért nem működik, nem változtatja meg a töltési sebesség modulusát és a mozgási energiáját. De a sebesség iránya folyamatosan változik.
A Lorentz-erő merőleges a vektorokra BAN BENÉs v, és az irányát ugyanazzal a bal oldali szabállyal határozzuk meg, mint az Amper-erő irányát: ha a bal kéz úgy van elhelyezve, hogy a komponens a mágneses indukció BAN BEN, a töltés sebességére merőlegesen belépett a tenyérbe, és négy ujját a pozitív töltés mozgása mentén irányították (a negatív töltés mozgásával szemben pl. egy elektron), akkor a 90 fokban hajlított hüvelykujj megmutatja a a töltésre ható Lorentz-erő iránya Fl.
Töltött részecske mozgása egyenletes mágneses térben
Amikor egy töltött részecske mágneses térben mozog, a Lorentz-erő nem működik. Ezért a sebességvektor nagysága nem változik, amikor a részecske mozog. Ha egy töltött részecske egyenletes mágneses térben mozog a Lorentz-erő hatására, és sebessége a vektorra merőleges síkban mozog, akkor a részecske egy R sugarú körben mozog.
„A mágneses tér meghatározása” - A kísérletek során kapott adatok felhasználásával töltse ki a táblázatot! J. Vern. Amikor mágnest viszünk a mágnestűhöz, az elfordul. Mágneses mezők grafikus ábrázolása. Hans Christian Oersted. Elektromos mező. A mágnesnek két pólusa van: északi és déli. Az ismeretek általánosításának és rendszerezésének szakasza.
„Mágneses tér és grafikus ábrázolása” - Inhomogén mágneses tér. Áram tekercsek. Mágneses vonalak. Ampere hipotézise. Belül egy szalag mágnes. Ellentétes mágneses pólusok. Sarki fény. Állandó mágnes mágneses tere. Mágneses mező. A Föld mágneses tere. Mágneses pólusok. Biometrológia. Koncentrikus körök. Egységes mágneses tér.
A „mágneses mező energiája” egy skaláris mennyiség. Az induktivitás számítása. Állandó mágneses mezők. Pihenő idő. Az induktivitás definíciója. Tekercs energia. Extraáramok egy induktivitású áramkörben. Átmeneti folyamatok. Energia sűrűség. Elektrodinamika. Oszcillációs áramkör. Impulzus mágneses tér. Önindukció. A mágneses mező energiasűrűsége.
„A mágneses mező jellemzői” - Mágneses indukciós vonalak. Gimlet szabálya. Forgasd az erővonalak mentén. Számítógépes modell A Föld mágneses tere. Mágneses állandó. Mágneses indukció. Töltéshordozók száma. A mágneses indukciós vektor beállításának három módja. Az elektromos áram mágneses tere. William Gilbert fizikus.
„A mágneses mező tulajdonságai” – Az anyag típusa. Mágneses tér mágneses indukciója. Mágneses indukció. Állandómágnes. A mágneses indukció néhány értéke. Mágneses tű. Hangszóró. Mágneses indukciós vektor modul. A mágneses indukciós vezetékek mindig zárva vannak. Az áramok kölcsönhatása. Nyomaték. Az anyag mágneses tulajdonságai.
„Részecskék mozgása mágneses térben” - Spektrográf. A Lorentz-erő megnyilvánulása. Lorentz erő. Ciklotron. A Lorentz-erő nagyságának meghatározása. Ellenőrző kérdések. A Lorentz-erő irányai. Csillagközi anyag. A kísérlet feladata. Beállítások megváltoztatása. Mágneses mező. Tömegspektrográf. Részecskék mozgása mágneses térben. Katódsugárcső.
Összesen 20 előadás hangzik el
