Още през 6в. пр.н.е. В Китай е известно, че някои руди имат способността да се привличат една друга и да привличат железни предмети. Парчета от такива руди са открити близо до град Магнезия в Мала Азия, така че те са получили името магнити.
Как си взаимодействат магнитите и железните предмети? Да си припомним защо наелектризираните тела се привличат? Защото в близост до електрически заряд се образува особена форма на материята - електрическо поле. Има подобна форма на материя около магнита, но има различен произход (в края на краищата рудата е електрически неутрална), тя се нарича магнитно поле.
За изследване на магнитното поле се използват прави или подковообразни магнити. Определени места върху магнит имат най-голям привлекателен ефект, те се наричат полюси(север и юг). Противоположните магнитни полюси се привличат, а подобните на магнитните полюси се отблъскват.
За якостните характеристики на магнитното поле използвайте вектор на индукция на магнитно поле B. Магнитното поле е представено графично с помощта на силови линии ( линии на магнитна индукция). Редовете са затворени, нямат нито начало, нито край. Мястото, откъдето излизат магнитните линии, е Северният полюс; магнитните линии влизат в Южния полюс.
Магнитното поле може да се направи "видимо" с помощта на железни стружки.
Магнитно поле на проводник с ток
А сега какво открихме Ханс Кристиан ЕрстедИ Андре Мари Амперпрез 1820 г. Оказва се, че магнитно поле съществува не само около магнит, но и около всеки проводник с ток. Всяка жица, като кабела на лампата, през която протича електрически ток, е магнит! Проводник с ток взаимодейства с магнит (опитайте да държите компас близо до него), два проводника с ток взаимодействат един с друг.
Силовите линии на постоянен ток са кръгове около проводник.
Посока на вектора на магнитната индукция
Посоката на магнитното поле в дадена точка може да се определи като посоката, посочена от северния полюс на стрелка на компас, поставена в тази точка.
Посоката на линиите на магнитната индукция зависи от посоката на тока в проводника.
Посоката на индукционния вектор се определя съгласно правилото гимлетили правило дясна ръка.
Вектор на магнитна индукция
Това е векторна величина, характеризираща силовото действие на полето.
Индукция на магнитното поле на безкраен прав проводник с ток на разстояние r от него:
Индукция на магнитно поле в центъра на тънка кръгла намотка с радиус r:
Индукция на магнитно поле соленоид(бобина, чиито завъртания последователно пропускат ток в една посока):
Принцип на суперпозиция
Ако магнитно поле в дадена точка в пространството се създава от няколко източника на поле, тогава магнитната индукция е векторната сума на индукциите на всяко поле поотделно
Земята е не само голям отрицателен заряд и източник на електрическо поле, но в същото време магнитното поле на нашата планета е подобно на полето на директен магнит с гигантски размери.
Географският юг е близо до магнитния север, а географският север е близо до магнитния юг. Ако компасът се постави в магнитното поле на Земята, тогава северната му стрелка е ориентирана по линиите на магнитната индукция в посока на южния магнитен полюс, тоест ще ни покаже къде се намира географският север.
Характерните елементи на земния магнетизъм се променят много бавно с времето - светски промени. Въпреки това, от време на време се случват магнитни бури, когато магнитното поле на Земята е силно изкривено за няколко часа и след това постепенно се връща към предишните си стойности. Такава драстична промяна се отразява на благосъстоянието на хората.
Магнитното поле на Земята е "щит", който предпазва нашата планета от частици, проникващи от космоса ("слънчев вятър"). В близост до магнитните полюси потоците от частици се приближават много по-близо до повърхността на Земята. По време на мощни слънчеви изригвания магнитосферата се деформира и тези частици могат да се преместят в горните слоеве на атмосферата, където се сблъскват с газови молекули, образувайки полярни сияния.
Частиците железен диоксид върху магнитен филм са силно магнетизирани по време на процеса на запис.
Магнитните левитационни влакове се плъзгат по повърхности без абсолютно никакво триене. Влакът е способен да развива скорост до 650 км/ч.
Работата на мозъка, пулсацията на сърцето е придружена от електрически импулси. В този случай в органите се появява слабо магнитно поле.
Знаеше ли,
Какво е мисловен експеримент, gedanken експеримент?
Това е несъществуваща практика, неземно преживяване, въображение за нещо, което всъщност не съществува. Мисловните експерименти са като будни сънища. Те раждат чудовища. За разлика от физическия експеримент, който е експериментална проверка на хипотези, „мисловният експеримент“ магически замества експерименталното тестване с желани заключения, които не са били тествани на практика, манипулирайки логически конструкции, които всъщност нарушават самата логика, като използват недоказани предпоставки като доказани, че е, чрез заместване. По този начин основната задача на кандидатите за „мисловни експерименти“ е да заблудят слушателя или читателя, като заменят истински физически експеримент с неговата „кукла“ - фиктивни разсъждения на условно освобождаване без самата физическа проверка.
Изпълването на физиката с въображаеми, „мисловни експерименти“ доведе до появата на абсурдна, сюрреалистична, объркана картина на света. Истинският изследовател трябва да разграничи такива „опаковки от бонбони“ от реалните ценности.
Релативистите и позитивистите твърдят, че „мисловните експерименти“ са много полезен инструмент за тестване на теории (също възникващи в съзнанието ни) за последователност. С това те заблуждават хората, тъй като всяка проверка може да се извърши само от източник, независим от обекта на проверка. Самият заявител на хипотезата не може да бъде тест за собственото си твърдение, тъй като причината за самото това твърдение е липсата на противоречия в твърдението, видимо за заявителя.
Виждаме това в примера на SRT и GTR, които се превърнаха в своеобразна религия, която контролира науката и общественото мнение. Никакви факти, които им противоречат, не могат да преодолеят формулата на Айнщайн: „Ако един факт не съответства на теорията, променете факта“ (В друга версия „Фактът не отговаря ли на теорията? - толкова по-лошо за факта, “).
Максимумът, за който може да претендира един „мисловен експеримент“, е само вътрешната последователност на хипотезата в рамките на собствената, често по никакъв начин невярна, логика на кандидата. Това не проверява съответствието с практиката. Реална проверка може да се осъществи само в действителен физически експеримент.
Експериментът си е експеримент, защото не е усъвършенстване на мисълта, а проверка на мисълта. Мисъл, която е самосъгласувана, не може да провери сама себе си. Това е доказано от Курт Гьодел.
За по-голяма яснота на картината на промените във вектора на магнитната индукция при преместване от една точка в пространството в друга се въвежда понятието векторни линии на магнитна индукция(линии на магнитно поле). Непрекъсната линия, допирателната към която във всяка точка определя посоката на вектора на магнитната индукция, се нарича линия на магнитното поле. Плътността на силовите линии е право пропорционална на големината на вектора на магнитната индукция.
Фигура 7 показва изследването на магнитното поле около полюсен магнит с помощта на магнитни игли и картина на линиите на магнитното поле около такъв магнит.
Магнитните стрелки могат да бъдат заменени с железни стърготини, които се намагнитизират в полето на даден магнит и стават малки ръце. (Стърготини се изсипват върху картона, който е поставен върху магнита. Когато картонът се разклати леко, стърготините са добре ориентирани.)
Нарича се поле, във всяка точка на което векторът на магнитната индукция е постоянен по големина и посока хомогенен. Фигура 8 показва начини за изобразяване на силовите линии на еднородно магнитно поле, насочено надясно ( А), наляво ( b), в равнината на листа от нас ( V) и от него до нас ( Ж).
Източникът на магнитно поле са не само постоянни магнити, но и проводници с ток. Изображение на линии на магнитно поле, създадени от постоянен подковообразен магнит ( А), директен проводник с ток ( b) и телеен пръстен ( V), през които протича ток, е показано на фигура 9. Линиите на магнитното поле са затворени линии. В космическото пространство на постоянните магнити те преминават от северния полюс към южния полюс. Посоката на електропроводите около прав проводник с ток се определя от правилото на гимлета (десновъртящ се винт, тирбушон): ако посоката на транслационното движение на гилета съвпада с посоката на тока в проводника, тогава посоката на въртенето на дръжката на гимлета съвпада с посоката на вектора на магнитната индукция.
« Физика - 11 клас"
Електрическото поле се характеризира с интензитета на електрическото поле.
Напрегнатостта на електрическото поле е векторна величина. Магнитното поле се характеризира с магнитна индукция.
Магнитната индукция е векторна величина и се означава с буквата .
Посока на вектора на магнитната индукция
За посока на вектора на магнитната индукция се приема посоката, която показва северния полюс N на магнитната стрелка, свободно разположена в магнитното поле.
Тази посока съвпада с посоката на положителната нормала към затворената верига с ток.
С помощта на токова верига или магнитна игла можете да определите посоката на вектора на магнитната индукция във всяка точка на полето.
В магнитното поле на прав проводник, по който протича ток, магнитната стрелка във всяка точка е разположена допирателна към окръжност, чиято равнина е перпендикулярна на жицата, а центърът й лежи върху оста на жицата.
Правило на Gimlet
Посоката на вектора на магнитната индукция се установява с помощта на правилото на гимлета.
Ако посоката на транслационното движение на гимлета съвпада с посоката на тока в проводника, тогава посоката на въртене на дръжката на гимлета показва посоката на вектора на магнитната индукция
Линии на магнитна индукция
Магнитното поле може да се покаже с помощта на линии на магнитна индукция.
Линии на магнитна индукциясе наричат линии, чиито допирателни във всяка точка съвпадат с вектора в дадена точка от полето. Линиите на вектора на магнитната индукция са подобни на линиите на вектора на електростатичното поле.
Линиите на магнитната индукция могат да бъдат направени видими с помощта на железни стружки.
Магнитно поле на прав проводник, по който тече ток
За прав проводник с ток, линиите на магнитна индукция са концентрични кръгове, лежащи в равнина, перпендикулярна на този проводник с ток. Центърът на кръговете е върху оста на проводника. Стрелките на линиите показват в каква посока е насочен векторът на магнитната индукция, допирателна към дадена права.
Магнитно поле на токова намотка (соленоид)
Ако дължината на соленоида е много по-голяма от диаметъра му, тогава може да се вземе предвид магнитното поле вътре в соленоида хомогенен.
Линии на магнитна индукция на такова поле паралелени са разположени на еднакво разстояние една от друга.
Земното магнитно поле
Силовите линии на магнитното поле на Земята са подобни на силовите линии на магнитното поле на соленоид.
Магнитната ос на Земята сключва ъгъл от 11,5° с оста на въртене на Земята.
Периодично магнитните полюси сменят полярността си.
Вихрово поле
Линиите на електростатичното поле винаги имат източници: те започват с положителни заряди и завършват с отрицателни.
А линиите на магнитната индукция нямат нито начало, нито край, винаги са затворени.
Полета със затворени векторни линии се наричат вихър.
Магнитното поле е вихрово поле.
Магнитното поле няма източници.
В природата не съществуват магнитни заряди, подобни на електрическите.
Така, магнитното поле е вихрово поле, във всяка точка векторът на магнитната индукция е обозначен с магнитна стрелка, посоката на вектора на магнитната индукция може да се определи от правилото на гимлет
За визуално изобразяване на магнитното поле се използват линии на магнитна индукция. Линия на магнитна индукция наричат линия, във всяка точка на която индукцията на магнитното поле (вектор) е насочена тангенциално към кривата. Посоката на тези линии съвпада с посоката на полето. Беше договорено, че линиите на магнитната индукция трябва да бъдат начертани така, че броят на тези линии на единица площ от площадката, перпендикулярна на тях, да бъде равен на модула на индукция в дадена област на полето. Тогава магнитното поле се съди по плътността на линиите на магнитна индукция. Когато линиите са по-плътни, модулът на индукция на магнитното поле е по-голям. Линиите на магнитната индукция винаги са затворениЗа разлика от линии на напрегнатост на електростатично поле, които са отворени (започват и завършват на заряди). Посоката на линиите на магнитната индукция се намира съгласно правилото на десния винт: ако транслационното движение на винта съвпада с посоката на тока, тогава неговото въртене се извършва по посока на линиите на магнитна индукция.Като пример, нека дадем картина на линиите на магнитна индукция на постоянен ток, протичащ перпендикулярно на равнината на чертежа от нас отвъд чертежа (фиг. 2).
|
|
|
| |
Ориз. 3 Нека намерим циркулацията на индукцията на магнитното поле около окръжност с произволен радиус а, съвпадаща с линията на магнитна индукция. Полето се създава от ток и сила аз, протичаща по протежение на безкрайно дълъг проводник, разположен перпендикулярно на равнината на чертежа (фиг. 3). Индукцията на магнитното поле е насочена тангенциално към линията на магнитна индукция. Нека преобразуваме израза, тъй като a = 0 и cosa = 1. Индукцията на магнитното поле, създадено от ток, протичащ през безкрайно дълъг проводник, се изчислява по формулата: B=м0м аз/(2стр а), Че 
Циркулацията на вектора по този контур се намира по формула (3): 
м 0 м аз, защото 
- обиколка. Така, 
Може да се покаже, че тази зависимост е валидна за контур с произволна форма, обграждащ проводник с ток. Ако магнитното поле се създава от система от токове аз 1, аз 2, ... , аз n, тогава циркулацията на индукцията на магнитното поле по затворен контур, обхващащ тези токове, е равна на
(4)
Връзката (4) е законът за общия ток: циркулацията на индукцията на магнитното поле по произволна затворена верига е равна на произведението на магнитната константа, магнитната пропускливост и алгебричната сума на токовете, обхванати от тази верига.
Силата на тока може да се намери с помощта на плътността на тока й: Където С- площ на напречното сечение на проводника. Тогава общият текущ закон е написан като
(5)
МАГНИТЕН ПОТОК.
По аналогия с потока на интензитета на електрическото поле се въвежда потокът на индукция на магнитното поле или магнитният поток. Магнитен поток през някаква повърхност наричаме броя на линиите на магнитна индукция, проникващи в него. Нека има повърхност с площ от С. За да намерим магнитния поток през него, нека мислено разделим повърхността на елементарни области с площ dS, които могат да се считат за плоски, а полето в тях е еднородно (фиг. 4). След това елементарният магнитен поток dФ Bпрез тази повърхност е равно на: dФб = B dSзащото а = Бн dS, Където бе модулът на индукция на магнитното поле в местоположението на мястото, a е ъгълът между вектора и нормалата към мястото, бн = Б cos a е проекцията на индукцията на магнитното поле върху нормалната посока. Магнитен поток Е B по цялата повърхност е равно на сумата от тези потоци dФБ, т.е.
  Ориз. 4 |
(6)
тъй като сумирането на безкрайно малки количества е интегриране.
В единици SI магнитният поток се измерва във вебери (Wb). 1 Wb = 1 T·1 m 2.
ТЕОРЕМА НА ГАУС ЗА МАГНИТНОТО ПОЛЕ
В електродинамиката е доказана следната теорема: магнитният поток, проникващ през произволна затворена повърхност, е нула , т.е.
Това съотношение се нарича Теорема на Гаус за магнитно поле. Тази теорема е следствие от факта, че в природата няма "магнитни заряди" (за разлика от електрическите) и линиите на магнитната индукция са винаги затворени (за разлика от линиите на напрегнатост на електростатичното поле, които започват и завършват при електрически заряди).
РАБОТА ПО ДВИЖЕНИЕТО НА ПРОВОДНИК С ТОК В МАГНИТНО ПОЛЕ
|
Известно е, че силата на Ампер действа върху проводник, по който тече ток в магнитно поле. Ако проводникът се движи, тогава по време на движението си тази сила работи. Нека го дефинираме за специален случай. Нека разгледаме електрическа верига, една от секциите DCкойто може да се плъзга (без триене) покрай контактите. В този случай веригата образува плосък контур. Тази верига е в еднородно магнитно поле с индукция, перпендикулярна на равнината на веригата, насочена към нас (фиг. 5). Към сайта DCДейства силата на Ампер
F = BIlсина =BIl, (8)
Където л- дължина на участъка, аз- силата на тока, протичащ през проводника. - ъгълът между посоките на тока и магнитното поле. (В този случай a = 90° и sin a = 1). Намираме посоката на силата, използвайки правилото на лявата ръка. При преместване на област DCна елементарно разстояние dxсвършена е елементарна работа dA, равна на dA = F dx. Като вземем предвид (8), получаваме:
dA = BIl dx = IB dS = I dФБ, (9)
тъй като dS = l dx- зоната, описана от проводника по време на движението му, dФб =B·dS- магнитен поток през тази област или промяна на магнитния поток през областта на плосък затворен контур. Израз (9) е валиден и за нееднородно магнитно поле. По този начин, работата, извършена за преместване на затворен контур с постоянен ток в магнитно поле, е равна на произведението от силата на тока и промяната в магнитния поток през площта на този контур.
ФЕНОМЕН ЕЛЕКТРОМАГНИТНА ИНДУКЦИЯ
Явлението електромагнитна индукция е както следва: при всяка промяна в магнитния поток, проникващ в зоната, покрита от проводящата верига, в нея възниква електродвижеща сила. Викат я e.m.f. индукция . Ако веригата е затворена, тогава под въздействието на емф. се появява електрически ток, т.нар индукция .
Нека разгледаме един от експериментите, проведени от Фарадей за откриване на индуцирания ток и следователно на ЕДС. индукция. Ако магнит се натисне или издърпа в соленоид, свързан с много чувствително електрическо измервателно устройство (галванометър) (фиг. 6), тогава при движението на магнита се наблюдава отклонение на стрелката на галванометъра, което показва появата на индуциран ток. Същото се наблюдава, когато соленоидът се движи спрямо магнита. Ако магнитът и соленоидът са неподвижни един спрямо друг, тогава не възниква индуциран ток. По този начин, при взаимното движение на тези тела, възниква промяна в магнитния поток, създаден от магнитното поле на магнита през завоите на соленоида, което води до появата на индуциран ток, причинен от възникващата емф. индукция.
|
ПРАВИЛОТО НА ЛЕНТЦ
Определя се посоката на индукционния ток Правилото на Ленц :индуцираният ток винаги има такава посока, че магнитното поле, което създава, предотвратява промяната в магнитния поток, която причинява този ток. От това следва, че с нарастването на магнитния поток полученият индуциран ток ще има такава посока, че генерираното от него магнитно поле е насочено срещу външното поле, противодействайки на увеличаването на магнитния поток. Намаляването на магнитния поток, напротив, води до появата на индукционен ток, създавайки магнитно поле, съвпадащо по посока с външното поле.
|
Нека, например, в еднообразно магнитно поле има квадратна рамка, изработена от метал и проникната от магнитно поле (фиг. 7). Да приемем, че магнитното поле се увеличава. Това води до увеличаване на магнитния поток през областта на рамката. Съгласно правилото на Ленц, магнитното поле на получения индуциран ток ще бъде насочено срещу външното поле, т.е. векторът на това поле е противоположен на вектора. Прилагайки правилото на десния винт (ако винтът се завърти така, че неговото транслационно движение съвпада с посоката на магнитното поле, тогава неговото ротационно движение дава посоката на тока), намираме посоката на индукционния ток II.
ЗАКОН ЗА ЕЛЕКТРОМАГНИТНАТА ИНДУКЦИЯ.
Законът за електромагнитната индукция, който определя възникващата ЕДС, е открит експериментално от Фарадей. Въпреки това, той може да бъде получен въз основа на закона за запазване на енергията.
Нека се върнем към електрическата верига, показана на фиг. 5 поставени в магнитно поле. Нека намерим работата, извършена от източник на ток с ЕДС. дв елементарен период от време дт, при преместване на заряди по веригата. От дефиницията на емф. работа dAсили на трети страни е равно на: dAмагазин = e·dq, Където dq- количеството заряд, преминаващ през веригата през времето дт. Но dq = Idt, Където аз- сила на тока във веригата. Тогава
dAмагазин = e·I·dt. (10)
Работата на източника на ток се изразходва за отделяне на определено количество топлина dQи да работят dAчрез движение на проводника DCв магнитно поле. Според закона за запазване на енергията равенството трябва да е спазено
dAмагазин = dQ + dA.(11)
От закона на Джаул-Ленц пишем:
dQ = I 2R dt, (12)
Където Ре общото съпротивление на дадена верига и от израз (9)
dA = I dФБ, (13)
Където dФ B е промяната в магнитния поток през зоната на затворен контур, когато проводникът се движи. Заместване на изрази (10), (12) и (13) във формула (12), след намаляване с аз, получаваме д· dt = IR dt + dФ B. Разделяйки двете страни на това равенство на дт, намираме: аз = (д –От този израз следва, че във веригата, в допълнение към емф. д, действа някаква друга електродвижеща сила ei, равна на
(14)
и причинени от промяна в магнитния поток, проникващ в зоната на веригата. Този e.m.f. и е емф. електромагнитна индукция или емф за кратко. индукция. Връзка (14) е закон на електромагнитната индукция, който е формулиран: e.m.f. индукцията във верига е равна на скоростта на промяна на магнитния поток, проникващ в зоната, покрита от тази верига. Знакът минус във формула (14) е математически израз на правилото на Ленц.