Deja în secolul al VI-lea. î.Hr. În China, se știa că unele minereuri au capacitatea de a se atrage unele pe altele și de a atrage obiecte de fier. Bucăți din astfel de minereuri au fost găsite în apropierea orașului Magnesia din Asia Mică, așa că au primit numele magneti.
Cum interacționează magneții și obiectele de fier? Să ne amintim de ce sunt atrase corpurile electrificate? Deoarece o formă particulară de materie se formează lângă o sarcină electrică - un câmp electric. Există o formă similară de materie în jurul magnetului, dar are o natură diferită de origine (la urma urmei, minereul este neutru din punct de vedere electric), se numește camp magnetic.
Pentru a studia câmpul magnetic se folosesc magneți drepti sau potcoave. Anumite locuri de pe un magnet au cel mai mare efect atractiv, se numesc stâlpi(Nord si Sud). Polii magnetici opuși se atrag și ca și polii magnetici se resping.
Pentru caracteristicile de putere ale câmpului magnetic, utilizați vectorul de inducție a câmpului magnetic B. Câmpul magnetic este reprezentat grafic folosind linii de forță ( linii de inducție magnetică). Liniile sunt închise, nu au nici început, nici sfârșit. Locul din care ies liniile magnetice este Polul Nord liniile magnetice intră în Polul Sud.
Câmpul magnetic poate fi făcut „vizibil” folosind pilitura de fier.
Câmp magnetic al unui conductor purtător de curent
Și acum despre ce am găsit Hans Christian OerstedȘi Andre Marie Ampereîn 1820. Se dovedește că un câmp magnetic există nu numai în jurul unui magnet, ci și în jurul oricărui conductor care poartă curent. Orice fir, cum ar fi un cablu de lampă, prin care trece curentul electric este un magnet! Un fir cu curent interacționează cu un magnet (încercați să țineți o busolă lângă el), două fire cu curent interacționează între ele.
Liniile de câmp magnetic de curent continuu sunt cercuri în jurul unui conductor.
Direcția vectorului de inducție magnetică
Direcția câmpului magnetic într-un punct dat poate fi definită ca direcția indicată de polul nord al unui ac al busolei plasat în acel punct.
Direcția liniilor de inducție magnetică depinde de direcția curentului din conductor.
Direcția vectorului de inducție este determinată conform regulii burghiu sau regula mana dreapta.
Vector de inducție magnetică
Aceasta este o mărime vectorială care caracterizează acțiunea forței câmpului.
Inducerea câmpului magnetic al unui conductor drept infinit cu curent la distanța r de acesta:
Inducerea câmpului magnetic în centrul unei bobine circulare subțiri cu raza r:
Inducerea câmpului magnetic solenoid(o bobină ale cărei spire sunt curent transmis secvențial într-o singură direcție):
Principiul suprapunerii
Dacă un câmp magnetic într-un anumit punct din spațiu este creat de mai multe surse de câmp, atunci inducția magnetică este suma vectorială a inducțiilor fiecărui câmp separat.
Pământul nu este doar o sarcină negativă mare și o sursă de câmp electric, dar, în același timp, câmpul magnetic al planetei noastre este similar cu câmpul unui magnet direct de proporții gigantice.
Sudul geografic este aproape de nordul magnetic, iar nordul geografic este aproape de sudul magnetic. Dacă o busolă este plasată în câmpul magnetic al Pământului, atunci săgeata sa nordică este orientată de-a lungul liniilor de inducție magnetică în direcția polului magnetic sudic, adică ne va arăta unde se află nordul geografic.
Elementele caracteristice ale magnetismului terestru se schimbă foarte lent în timp - schimbări seculare. Totuși, din când în când apar furtuni magnetice, când câmpul magnetic al Pământului este foarte distorsionat timp de câteva ore și apoi revine treptat la valorile anterioare. O astfel de schimbare drastică afectează bunăstarea oamenilor.
Câmpul magnetic al Pământului este un „scut” care protejează planeta noastră de particulele care pătrund din spațiu („vânt solar”). În apropierea polilor magnetici, fluxurile de particule se apropie mult de suprafața Pământului. În timpul erupțiilor solare puternice, magnetosfera este deformată, iar aceste particule se pot deplasa în straturile superioare ale atmosferei, unde se ciocnesc cu moleculele de gaz, formând aurore.
Particulele de dioxid de fier de pe filmul magnetic sunt puternic magnetizate în timpul procesului de înregistrare.
Trenurile cu levitație magnetică alunecă pe suprafețe fără frecare. Trenul este capabil să atingă viteze de până la 650 km/h.
Munca creierului, pulsația inimii este însoțită de impulsuri electrice. În acest caz, în organe apare un câmp magnetic slab.
Știați,
Ce este un experiment de gândire, experiment gedanken?
Aceasta este o practică inexistentă, o experiență de altă lume, o imaginație a ceva care nu există de fapt. Experimentele gândirii sunt ca niște vise trezite. Ele dau naștere monștrilor. Spre deosebire de un experiment fizic, care este un test experimental de ipoteze, un „experiment de gândire” înlocuiește în mod magic testarea experimentală cu concluziile dorite care nu au fost testate în practică, manipulând construcții logice care încalcă de fapt logica însăși prin utilizarea premiselor nedovedite ca fiind dovedite, că este, prin substituire. Astfel, sarcina principală a solicitanților „experimentelor de gândire” este de a înșela ascultătorul sau cititorul prin înlocuirea unui experiment fizic real cu „păpușa” sa - raționament fictiv în eliberare condiționată fără verificarea fizică în sine.
Umplerea fizicii cu „experimente de gândire” imaginare a dus la apariția unei imagini absurde, suprareale și confuze a lumii. Un adevărat cercetător trebuie să distingă astfel de „împachetări de bomboane” de valorile reale.
Relativiștii și pozitiviștii susțin că „experimentele de gândire” sunt un instrument foarte util pentru testarea teoriilor (care apar și în mintea noastră) pentru coerență. În aceasta, ei înșală oamenii, deoarece orice verificare poate fi efectuată doar de o sursă independentă de obiectul verificării. Reclamantul însuși al ipotezei nu poate fi un test al propriei afirmații, întrucât motivul în sine a acestei afirmații este absența contradicțiilor în afirmație vizibilă reclamantului.
Vedem acest lucru în exemplul SRT și GTR, care s-au transformat într-un fel de religie care controlează știința și opinia publică. Nici o cantitate de fapte care le contrazic nu poate depăși formula lui Einstein: „Dacă un fapt nu corespunde teoriei, schimbați faptul” (Într-o altă versiune, „Faptul nu corespunde teoriei? - Cu atât mai rău pentru faptul că ”).
Maximul pe care un „experiment de gândire” îl poate pretinde este doar consistența internă a ipotezei în cadrul propriei logici a solicitantului, adesea deloc adevărată. Acest lucru nu verifică conformitatea cu practica. Verificarea reală poate avea loc doar într-un experiment fizic real.
Un experiment este un experiment pentru că nu este o rafinare a gândirii, ci un test al gândirii. Un gând care este auto-consecvent nu se poate verifica singur. Acest lucru a fost dovedit de Kurt Gödel.
Pentru claritatea imaginii modificărilor vectorului de inducție magnetică atunci când se deplasează dintr-un punct în spațiu în altul, se introduce conceptul linii vectoriale de inducție magnetică(linii de câmp magnetic). O linie continuă, tangenta la care în orice punct specifică direcția vectorului de inducție magnetică, se numește linia câmpului magnetic. Densitatea liniilor electrice este direct proporțională cu mărimea vectorului de inducție magnetică.
Figura 7 prezintă studiul câmpului magnetic din jurul unui pol magnet folosind ace magnetice și o imagine a liniilor câmpului magnetic din jurul unui astfel de magnet.
Mâinile magnetice pot fi înlocuite cu pilitură de fier, care sunt magnetizate în câmpul unui anumit magnet și devin mâini mici. (Se toarnă rumegușul pe cartonul care este așezat pe magnet. Când cartonul este scuturat ușor, rumegușul este bine orientat.)
Se numește un câmp în fiecare punct al cărui vector de inducție magnetică este constantă ca mărime și direcție omogen. Figura 8 prezintă modalități de a descrie liniile de forță ale unui câmp magnetic uniform îndreptate spre dreapta ( A), stânga ( b), în planul foii de la noi ( V) și de la ea la noi ( G).
Sursa câmpului magnetic nu sunt doar magneții permanenți, ci și conductorii purtători de curent. Imagine a liniilor de câmp magnetic create de un magnet permanent în potcoavă ( A), fir direct cu curent ( b) și un inel de sârmă ( V), prin care curge curentul, este prezentat în Figura 9. Liniile de câmp magnetic sunt linii închise. În spațiul exterior al magneților permanenți, aceștia merg de la polul nord la polul sud. Direcția liniilor electrice în jurul unui fir drept cu curent este determinată de regula girletului (șurub dextrorotativ, tirbușon): dacă direcția mișcării de translație a girletului coincide cu direcția curentului în conductor, atunci direcția de rotația mânerului brațului coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică.
« Fizica - clasa a XI-a"
Câmpul electric este caracterizat de intensitatea câmpului electric.
Intensitatea câmpului electric este o mărime vectorială. Câmpul magnetic este caracterizat de inducție magnetică.
Inducția magnetică este o mărime vectorială și se notează cu litera .
Direcția vectorului de inducție magnetică
Direcția vectorului de inducție magnetică este considerată direcția care arată polul nord N al acului magnetic, poziționat liber în câmpul magnetic.
Această direcție coincide cu direcția normalei pozitive la circuitul închis cu curent.
Folosind o buclă de curent sau un ac magnetic, puteți determina direcția vectorului de inducție magnetică în orice punct al câmpului.
În câmpul magnetic al unui conductor drept care transportă curent, acul magnetic în fiecare punct este setat tangent la un cerc, al cărui plan este perpendicular pe fir, iar centrul său se află pe axa firului.
regula Gimlet
Direcția vectorului de inducție magnetică este stabilită folosind regula gimlet.
Dacă direcția de mișcare de translație a brațului coincide cu direcția curentului în conductor, atunci sensul de rotație a mânerului brațului indică direcția vectorului de inducție magnetică.
Linii de inducție magnetică
Câmpul magnetic poate fi afișat folosind linii de inducție magnetică.
Linii de inducție magnetică se numesc drepte ale căror tangente în orice punct coincid cu vectorul dintr-un punct dat din câmp. Liniile vectorului de inducție magnetică sunt similare cu liniile vectorului intensității câmpului electrostatic.
Liniile de inducție magnetică pot fi făcute vizibile folosind pilitura de fier.
Câmp magnetic al unui conductor drept care transportă curent
Pentru un conductor drept cu curent, liniile de inducție magnetică sunt cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe acest conductor cu curent. Centrul cercurilor este pe axa conductorului. Săgețile de pe linii indică în ce direcție este îndreptat vectorul de inducție magnetică tangent la o linie dată.
Câmp magnetic al unei bobine de curent (solenoid)
Dacă lungimea solenoidului este mult mai mare decât diametrul său, atunci câmpul magnetic din interiorul solenoidului poate fi luat în considerare omogen.
Liniile de inducție magnetică ale unui astfel de câmp paralelși sunt situate la distanțe egale unul de celălalt.
Câmpul magnetic al Pământului
Liniile de câmp magnetic ale Pământului sunt similare cu liniile de câmp magnetic ale unui solenoid.
Axa magnetică a Pământului face un unghi de 11,5° cu axa de rotație a Pământului.
Periodic, polii magnetici își schimbă polaritatea.
Câmp vortex
Liniile de câmp electrostatic au întotdeauna surse: ele încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative.
Și liniile de inducție magnetică nu au nici început, nici sfârșit, sunt întotdeauna închise.
Câmpurile cu linii vectoriale închise sunt numite vârtej.
Câmpul magnetic este un câmp vortex.
Câmpul magnetic nu are surse.
Sarcini magnetice asemanatoare cu cele electrice nu exista in natura.
Asa de, un câmp magnetic este un câmp vortex, în fiecare punct vectorul de inducție magnetică este indicat printr-o săgeată magnetică, direcția vectorului de inducție magnetică poate fi determinată de regula gimlet
Pentru a descrie vizual câmpul magnetic, se folosesc linii de inducție magnetică. Linie de inducție magnetică ei numesc o linie în fiecare punct al căruia inducția câmpului magnetic (vector) este îndreptată tangențial la curbă. Direcția acestor linii coincide cu direcția câmpului. S-a convenit ca liniile de inducție magnetică să fie trasate astfel încât numărul acestor linii pe unitatea de suprafață a amplasamentului perpendicular pe ele să fie egal cu modulul de inducție într-o anumită zonă de câmp. Apoi câmpul magnetic este judecat după densitatea liniilor de inducție magnetică. Acolo unde liniile sunt mai dense, modulul de inducție a câmpului magnetic este mai mare. Liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise Spre deosebire de linii de intensitate a câmpului electrostatic, care sunt deschise (încep și se termină cu taxe). Direcția liniilor de inducție magnetică se găsește conform regulii șuruburilor din dreapta: dacă mișcarea de translație a șurubului coincide cu direcția curentului, atunci rotația acestuia are loc în direcția liniilor de inducție magnetică. Ca exemplu, să dăm o imagine a liniilor de inducție magnetică ale unui curent continuu care curge perpendicular pe planul desenului de la noi dincolo de desen (Fig. 2).
|
|
|
| |
Orez. 3 Să găsim circulația inducției câmpului magnetic în jurul unui cerc de rază arbitrară A, care coincide cu linia de inducție magnetică. Câmpul este creat de curent și forță eu, care curge de-a lungul unui conductor infinit de lung situat perpendicular pe planul desenului (Fig. 3). Inducția câmpului magnetic este direcționată tangențial la linia de inducție magnetică. Să transformăm expresia, deoarece a = 0 și cosa = 1. Inducerea câmpului magnetic creat de un curent care trece printr-un conductor infinit de lung se calculează prin formula: B= m0m eu/(2p A), Acea 
Circulația vectorului de-a lungul acestui contur se găsește folosind formula (3): 
m 0 m eu, deoarece 
- circumferinta. Asa de, 
Se poate demonstra că această relație este valabilă pentru un contur de formă arbitrară care înconjoară un conductor purtător de curent. Dacă un câmp magnetic este creat de un sistem de curenți eu 1, eu 2, ... , eu n, atunci circulația inducției câmpului magnetic de-a lungul unei bucle închise care înconjoară acești curenți este egală cu
(4)
Relația (4) este legea curentului total: circulația inducției câmpului magnetic de-a lungul unui circuit închis arbitrar este egală cu produsul constantei magnetice, permeabilitatea magnetică și suma algebrică a curenților acoperiți de acest circuit.
Puterea curentului poate fi găsită folosind densitatea curentului j: Unde S- aria secțiunii transversale a conductorului. Atunci legea curentă totală se scrie ca
(5)
FLUX MAGNETIC.
Prin analogie cu fluxul de intensitate a câmpului electric, se introduce fluxul de inducție a câmpului magnetic sau fluxul magnetic. Fluxul magnetic printr-o suprafață numiți numărul de linii de inducție magnetică care îl pătrund. Să existe o suprafață cu o zonă de S. Pentru a găsi fluxul magnetic prin el, să împărțim mental suprafața în zone elementare cu o zonă dS, care pot fi considerate plate, iar câmpul din interiorul lor este uniform (Fig. 4). Apoi fluxul magnetic elementar dФ B prin această suprafață este egal cu: dФ B = B dS ca a = B n dS, Unde B este modulul de inducție a câmpului magnetic la locația amplasamentului, a este unghiul dintre vector și normala la amplasament, B n = B cos a este proiecția inducției câmpului magnetic pe direcția normală. Flux magnetic F B pe întreaga suprafață este egală cu suma acestor fluxuri dФ B, adică
  Orez. 4 |
(6)
întrucât însumarea mărimilor infinitezimale este integrare.
În unitățile SI, fluxul magnetic este măsurat în webers (Wb). 1 Wb = 1 T·1 m 2.
TEOREMA LUI GAUSS PENTRU CÂMPUL MAGNETIC
În electrodinamică se demonstrează următoarea teoremă: fluxul magnetic care pătrunde pe o suprafață închisă arbitrară este zero , adică
Acest raport se numește teorema lui Gauss pentru un câmp magnetic. Această teoremă este o consecință a faptului că în natură nu există „sarcini magnetice” (spre deosebire de sarcinile electrice) și liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise (spre deosebire de liniile de intensitate a câmpului electrostatic, care încep și se termină la sarcini electrice).
LUCRARE LA MIȘCAREA UNUI CONDUCTOR CU CURENT ÎN CÂMP MAGNETIC
|
Se știe că o forță Ampere acționează asupra unui conductor care transportă un curent într-un câmp magnetic. Dacă conductorul se mișcă, atunci în timpul mișcării sale această forță funcționează. Să o definim pentru un caz special. Să luăm în considerare un circuit electric, una dintre secțiuni DC care poate aluneca (fără frecare) de-a lungul contactelor. În acest caz, lanțul formează un contur plat. Acest circuit se află într-un câmp magnetic uniform cu inducție perpendiculară pe planul circuitului, îndreptat spre noi (Fig. 5). Spre site DC Forța amperului acționează
F = BIl sina =BIl, (8)
Unde l- lungimea tronsonului, eu- puterea curentului care circulă prin conductor. - unghiul dintre direcțiile curentului și câmpul magnetic. (În acest caz, a = 90° și sin a = 1). Găsim direcția forței folosind regula mâinii stângi. Când mutați o zonă DC la o distanţă elementară dx se efectuează munca elementară dA, egal cu dA = F dx. Ținând cont de (8), obținem:
dA = BIl dx = IB dS = I dФ B, (9)
deoarece dS = l dx- zona descrisă de conductor în timpul deplasării acestuia, dФ B =B·dS- flux magnetic prin această zonă sau modificare a fluxului magnetic prin zona unei bucle închise plate. Expresia (9) este valabilă și pentru un câmp magnetic neuniform. Prin urmare, munca efectuată pentru a muta o buclă închisă cu un curent constant într-un câmp magnetic este egală cu produsul dintre puterea curentului și modificarea fluxului magnetic prin zona acestei bucle.
FENOMENUL INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE
Fenomenul de inducție electromagnetică este următorul: cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde în zona acoperită de circuitul conductor, în ea apare o forță electromotoare. Ei o sună e.m.f. inducţie . Dacă circuitul este închis, atunci sub influența emf. apare un curent electric, numit inducţie .
Să luăm în considerare unul dintre experimentele efectuate de Faraday pentru a detecta curentul indus și, prin urmare, fem. inducţie. Dacă un magnet este împins sau tras într-un solenoid conectat la un dispozitiv de măsurare electrică foarte sensibil (galvanometru) (Fig. 6), atunci pe măsură ce magnetul se mișcă, se observă o deviație a acului galvanometrului, indicând apariția unui curent indus. Același lucru se observă atunci când solenoidul se mișcă în raport cu magnetul. Dacă magnetul și solenoidul sunt staționari unul față de celălalt, atunci nu apare curent indus. Astfel, odată cu mișcarea reciprocă a acestor corpuri, are loc o modificare a fluxului magnetic creat de câmpul magnetic al magnetului prin spirele solenoidului, ceea ce duce la apariția unui curent indus cauzat de fem-ul emergent. inducţie.
|
REGULA LUI LENZ
Se determină direcția curentului de inducție regula lui Lenz :curentul indus are întotdeauna o direcție astfel încât câmpul magnetic pe care îl creează împiedică modificarea fluxului magnetic care provoacă acest curent. Rezultă de aici că pe măsură ce fluxul magnetic crește, curentul indus rezultat va avea o direcție astfel încât câmpul magnetic generat de acesta să fie îndreptat împotriva câmpului exterior, contracarând creșterea fluxului magnetic. O scădere a fluxului magnetic, dimpotrivă, duce la apariția unui curent de inducție, care creează un câmp magnetic care coincide în direcția cu câmpul exterior.
|
Să fie, de exemplu, într-un câmp magnetic uniform să existe un cadru pătrat din metal și pătruns de un câmp magnetic (Fig. 7). Să presupunem că câmpul magnetic crește. Acest lucru duce la o creștere a fluxului magnetic prin zona cadrului. Conform regulii lui Lenz, câmpul magnetic al curentului indus rezultat va fi direcționat împotriva câmpului extern, adică. vectorul acestui câmp este opus vectorului. Aplicând regula șurubului drept (dacă șurubul este rotit astfel încât mișcarea sa de translație să coincidă cu direcția câmpului magnetic, atunci mișcarea lui de rotație dă direcția curentului), găsim direcția curentului de inducție. II.
LEGEA INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE.
Legea inducției electromagnetice, care determină EMF emergentă, a fost descoperită experimental de Faraday. Cu toate acestea, poate fi obținut pe baza legii conservării energiei.
Să revenim la circuitul electric prezentat în Fig. 5 plasate într-un câmp magnetic. Să găsim munca făcută de o sursă de curent cu emf. eîntr-o perioadă elementară de timp dt, când sarcinile se deplasează de-a lungul circuitului. Din definiția emf. Loc de munca dA forțele terțelor părți este egală cu: dA magazin = e·dq, Unde dq- cantitatea de sarcină care curge prin circuit în timp dt. Dar dq = Idt, Unde eu- puterea curentului în circuit. Apoi
dA magazin = e·I·dt. (10)
Munca sursei de curent este cheltuită pentru a elibera o anumită cantitate de căldură dQ si sa munceasca dA prin deplasarea conductorului DCîntr-un câmp magnetic. Conform legii conservării energiei, egalitatea trebuie îndeplinită
dA magazin = dQ + dA.(11)
Din legea Joule-Lenz scriem:
dQ = I 2R dt, (12)
Unde R este rezistența totală a unui circuit dat și din expresia (9)
dA = I dФ B, (13)
Unde dФ B este modificarea fluxului magnetic prin zona unei bucle închise atunci când conductorul se mișcă. Înlocuirea expresiilor (10), (12) și (13) în formula (12), după reducerea cu eu, primim e· dt = IR dt + dФ B. Împărțirea ambelor părți ale acestei egalități prin dt, găsim: eu = (e – Din această expresie rezultă că în circuit, pe lângă fem. e, o altă forță electromotoare acționează ei, egal cu
(14)
și cauzate de o modificare a fluxului magnetic care pătrunde în zona circuitului. Acest e.m.f. și este emf. inducție electromagnetică sau EMF pe scurt. inducţie. Relația (14) este legea inducției electromagnetice, care se formulează: e.m.f. inducția într-un circuit este egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic care pătrunde în zona acoperită de acest circuit. Semnul minus din formula (14) este o expresie matematică a regulii lui Lenz.