Déjà au VIe siècle. AVANT JC. En Chine, on savait que certains minerais avaient la capacité de s’attirer les uns les autres et d’attirer les objets en fer. Des morceaux de ces minerais ont été trouvés près de la ville de Magnésie en Asie Mineure, c'est pourquoi ils ont reçu le nom aimants.
Comment les aimants et les objets en fer interagissent-ils ? Rappelons pourquoi les corps électrifiés sont attirés ? Parce qu’une forme particulière de matière se forme à proximité d’une charge électrique : un champ électrique. Il existe une forme similaire de matière autour de l'aimant, mais elle a une nature d'origine différente (après tout, le minerai est électriquement neutre), on l'appelle champ magnétique.
Pour étudier le champ magnétique, des aimants droits ou en fer à cheval sont utilisés. Certains endroits sur un aimant ont le plus grand effet attractif, on les appelle poteaux(Nord et Sud). Les pôles magnétiques opposés s’attirent et, comme les pôles magnétiques, se repoussent.
Pour les caractéristiques de force du champ magnétique, utilisez vecteur d'induction de champ magnétique B. Le champ magnétique est représenté graphiquement à l'aide de lignes de force ( lignes d'induction magnétique). Les lignes sont fermées, n'ont ni début ni fin. L'endroit d'où émergent les lignes magnétiques est le pôle Nord ; les lignes magnétiques entrent dans le pôle Sud.
Le champ magnétique peut être rendu « visible » à l’aide de limaille de fer.
Champ magnétique d'un conducteur porteur de courant
Et maintenant à propos de ce que nous avons trouvé Hans Christian Örsted Et André Marie Ampère en 1820. Il s'avère qu'un champ magnétique existe non seulement autour d'un aimant, mais aussi autour de tout conducteur porteur de courant. Tout fil, tel qu’un cordon de lampe, à travers lequel circule le courant électrique est un aimant ! Un fil avec du courant interagit avec un aimant (essayez de tenir une boussole à proximité), deux fils avec du courant interagissent l'un avec l'autre.
Les lignes de champ magnétique continu sont des cercles autour d’un conducteur.
Direction du vecteur d'induction magnétique
La direction du champ magnétique en un point donné peut être définie comme la direction indiquée par le pôle nord d'une aiguille de boussole placée en ce point.
La direction des lignes d'induction magnétique dépend du sens du courant dans le conducteur.
La direction du vecteur d'induction est déterminée selon la règle vrille ou règle main droite.
Vecteur d'induction magnétique
Il s'agit d'une grandeur vectorielle caractérisant l'action de force du champ.
Induction du champ magnétique d'un conducteur droit infini avec un courant à une distance r de celui-ci :
Induction de champ magnétique au centre d'une fine bobine circulaire de rayon r :
Induction de champ magnétique solénoïde(une bobine dont les tours font passer séquentiellement du courant dans une direction) :
Principe de superposition
Si un champ magnétique en un point donné de l'espace est créé par plusieurs sources de champ, alors l'induction magnétique est la somme vectorielle des inductions de chaque champ séparément.
La Terre n'est pas seulement une charge négative importante et une source de champ électrique, mais en même temps le champ magnétique de notre planète est similaire au champ d'un aimant direct aux proportions gigantesques.
Le sud géographique est proche du nord magnétique et le nord géographique est proche du sud magnétique. Si une boussole est placée dans le champ magnétique terrestre, sa flèche nord est orientée le long des lignes d'induction magnétique en direction du pôle magnétique sud, c'est-à-dire qu'elle nous montrera où se trouve le nord géographique.
Les éléments caractéristiques du magnétisme terrestre évoluent très lentement au fil du temps - changements séculaires. Cependant, des orages magnétiques se produisent de temps en temps, lorsque le champ magnétique terrestre est fortement déformé pendant plusieurs heures, puis revient progressivement à ses valeurs antérieures. Un changement aussi radical affecte le bien-être des gens.
Le champ magnétique terrestre est un « bouclier » qui protège notre planète des particules pénétrant depuis l'espace (« vent solaire »). Près des pôles magnétiques, les flux de particules se rapprochent beaucoup plus de la surface terrestre. Lors de puissantes éruptions solaires, la magnétosphère se déforme et ces particules peuvent se déplacer dans les couches supérieures de l'atmosphère, où elles entrent en collision avec des molécules de gaz, formant des aurores.
Les particules de dioxyde de fer sur le film magnétique sont fortement magnétisées pendant le processus d'enregistrement.
Les trains à sustentation magnétique glissent sur des surfaces sans aucune friction. Le train est capable d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 650 km/h.
Le travail du cerveau, la pulsation du cœur s'accompagne d'impulsions électriques. Dans ce cas, un faible champ magnétique apparaît dans les organes.
Saviez-vous,
Qu'est-ce qu'une expérience de pensée, une expérience gedanken ?
Il s’agit d’une pratique inexistante, d’une expérience d’un autre monde, d’une imagination de quelque chose qui n’existe pas réellement. Les expériences de pensée sont comme des rêves éveillés. Ils donnent naissance à des monstres. Contrairement à une expérience physique, qui est un test expérimental d'hypothèses, une « expérience de pensée » remplace comme par magie les tests expérimentaux par des conclusions souhaitées qui n'ont pas été testées dans la pratique, en manipulant des constructions logiques qui violent en réalité la logique elle-même en utilisant des prémisses non prouvées comme des prémisses prouvées, qui c'est, par substitution. Ainsi, la tâche principale des candidats aux « expériences de pensée » est de tromper l'auditeur ou le lecteur en remplaçant une véritable expérience physique par sa « poupée » - un raisonnement fictif sur parole sans la vérification physique elle-même.
Remplir la physique d’« expériences de pensée » imaginaires a conduit à l’émergence d’une image absurde, surréaliste et confuse du monde. Un vrai chercheur doit distinguer ces « emballages de bonbons » des valeurs réelles.
Les relativistes et les positivistes soutiennent que les « expériences de pensée » sont un outil très utile pour tester la cohérence des théories (également nées dans notre esprit). En cela, ils trompent les gens, puisque toute vérification ne peut être effectuée que par une source indépendante de l'objet de la vérification. Le demandeur de l'hypothèse lui-même ne peut pas tester sa propre déclaration, puisque la raison même de cette déclaration est l'absence de contradictions dans la déclaration visibles par le demandeur.
Nous le voyons dans l’exemple du SRT et du GTR, qui sont devenus une sorte de religion qui contrôle la science et l’opinion publique. Aucun nombre de faits qui les contredisent ne peut vaincre la formule d'Einstein : « Si un fait ne correspond pas à la théorie, changez le fait » (Dans une autre version, « Le fait ne correspond-il pas à la théorie ? - Tant pis pour le fait »).
Le maximum auquel une « expérience de pensée » peut prétendre est seulement la cohérence interne de l’hypothèse dans le cadre de la logique propre du candidat, souvent loin d’être vraie. Cela ne vérifie pas le respect de la pratique. Une véritable vérification ne peut avoir lieu que dans le cadre d’une véritable expérience physique.
Une expérience est une expérience car elle n’est pas un raffinement de la pensée, mais un test de la pensée. Une pensée cohérente ne peut pas se vérifier. Cela a été prouvé par Kurt Gödel.
Pour plus de clarté, l'image des changements dans le vecteur d'induction magnétique lors du déplacement d'un point de l'espace à un autre, le concept est introduit lignes vectorielles d'induction magnétique(lignes de champ magnétique). Une ligne continue, dont la tangente à laquelle en tout point spécifie la direction du vecteur induction magnétique, est appelée ligne de champ magnétique. La densité des lignes électriques est directement proportionnelle à la grandeur du vecteur induction magnétique.
La figure 7 montre l'étude du champ magnétique autour d'un aimant polaire à l'aide d'aiguilles magnétiques et une image des lignes de champ magnétique autour d'un tel aimant.
Les mains magnétiques peuvent être remplacées par de la limaille de fer, qui sont magnétisées dans le champ d'un aimant donné et deviennent de petites mains. (La sciure est versée sur le carton qui est posé sur l'aimant. Lorsque le carton est légèrement secoué, la sciure est bien orientée.)
Un champ en chaque point dont le vecteur induction magnétique est constant en amplitude et en direction est appelé homogène. La figure 8 montre des manières de représenter les lignes de force d'un champ magnétique uniforme dirigé vers la droite ( UN), gauche ( b), dans le plan de la feuille de nous ( V) et de là à nous ( g).
La source du champ magnétique n'est pas seulement constituée d'aimants permanents, mais également de conducteurs porteurs de courant. Image de lignes de champ magnétique créées par un aimant permanent en fer à cheval ( UN), fil direct avec courant ( b) et un anneau métallique ( V), à travers lequel circule le courant, est illustré à la figure 9. Les lignes de champ magnétique sont des lignes fermées. Dans l’espace extra-atmosphérique des aimants permanents, ils vont du pôle nord au pôle sud. La direction des lignes électriques autour d'un fil droit avec courant est déterminée par la règle de la vrille (vis dextrorotative, tire-bouchon) : si le sens du mouvement de translation de la vrille coïncide avec le sens du courant dans le conducteur, alors le sens de la rotation de la poignée de la vrille coïncide avec la direction du vecteur d'induction magnétique.
« Physique - 11e année"
Le champ électrique est caractérisé par l'intensité du champ électrique.
L’intensité du champ électrique est une quantité vectorielle. Le champ magnétique est caractérisé par l'induction magnétique.
L'induction magnétique est une quantité vectorielle et est désignée par la lettre .
Direction du vecteur d'induction magnétique
La direction du vecteur induction magnétique est considérée comme la direction qui montre le pôle nord N de l'aiguille magnétique, librement positionnée dans le champ magnétique.
Cette direction coïncide avec la direction du positif normal au circuit fermé avec courant.
À l'aide d'une boucle de courant ou d'une aiguille magnétique, vous pouvez déterminer la direction du vecteur induction magnétique en tout point du champ.
Dans le champ magnétique d'un conducteur droit transportant du courant, l'aiguille magnétique en chaque point est tangente à un cercle dont le plan est perpendiculaire au fil et dont le centre se trouve sur l'axe du fil.
Règle de la vrille
La direction du vecteur induction magnétique est établie à l’aide de la règle de la vrille.
Si le sens du mouvement de translation de la vrille coïncide avec le sens du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée de la vrille indique la direction du vecteur induction magnétique
Lignes d'induction magnétique
Le champ magnétique peut être représenté à l'aide de lignes d'induction magnétique.
Lignes d'induction magnétique sont appelées lignes dont les tangentes en tout point coïncident avec le vecteur en un point donné du champ. Les lignes du vecteur induction magnétique sont similaires aux lignes du vecteur intensité du champ électrostatique.
Les lignes d'induction magnétique peuvent être rendues visibles à l'aide de limaille de fer.
Champ magnétique d'un conducteur droit transportant du courant
Pour un conducteur droit avec courant, les lignes d'induction magnétique sont des cercles concentriques situés dans un plan perpendiculaire à ce conducteur avec courant. Le centre des cercles est sur l'axe du conducteur. Les flèches sur les lignes indiquent dans quelle direction est dirigé le vecteur d'induction magnétique tangent à une ligne donnée.
Champ magnétique d'une bobine de courant (solénoïde)
Si la longueur du solénoïde est bien supérieure à son diamètre, alors le champ magnétique à l'intérieur du solénoïde peut être considéré homogène.
Lignes d'induction magnétique d'un tel champ parallèle et sont situés à égale distance les uns des autres.
Le champ magnétique terrestre
Les lignes du champ magnétique terrestre sont similaires aux lignes du champ magnétique d’un solénoïde.
L'axe magnétique terrestre fait un angle de 11,5° avec l'axe de rotation de la Terre.
Périodiquement, les pôles magnétiques changent de polarité.
Champ de vortex
Les lignes de champ électrostatique ont toujours des sources : elles commencent par des charges positives et se terminent par des charges négatives.
Et les lignes d’induction magnétique n’ont ni début ni fin, elles sont toujours fermées.
Les champs avec des lignes vectorielles fermées sont appelés vortex.
Le champ magnétique est un champ vortex.
Le champ magnétique n'a pas de sources.
Les charges magnétiques similaires aux charges électriques n’existent pas dans la nature.
Donc, un champ magnétique est un champ vortex, en chaque point le vecteur induction magnétique est indiqué par une flèche magnétique, la direction du vecteur induction magnétique peut être déterminée par la règle de la vrille
Pour représenter visuellement le champ magnétique, des lignes d'induction magnétique sont utilisées. Ligne d'induction magnétique ils appellent une ligne en chaque point de laquelle l'induction du champ magnétique (vecteur) est dirigée tangentiellement à la courbe. La direction de ces lignes coïncide avec la direction du champ. Il a été convenu que les lignes d'induction magnétique devraient être tracées de manière à ce que le nombre de ces lignes par unité de surface du site perpendiculaire à celles-ci soit égal au module d'induction dans une zone de champ donnée. Ensuite, le champ magnétique est jugé par la densité des lignes d'induction magnétique. Là où les lignes sont plus denses, le module d’induction du champ magnétique est plus grand. Les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées Contrairement à lignes d'intensité de champ électrostatique, qui sont ouverts (début et fin payants). La direction des lignes d'induction magnétique se trouve selon la règle de la vis à droite : si le mouvement de translation de la vis coïncide avec le sens du courant, alors sa rotation se produit dans le sens des lignes d'induction magnétique. A titre d'exemple, donnons une image des lignes d'induction magnétique d'un courant continu circulant perpendiculairement au plan du dessin depuis nous au-delà du dessin (Fig. 2).
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Riz. 3 Trouvons la circulation de l'induction du champ magnétique autour d'un cercle de rayon arbitraire un, coïncidant avec la ligne d'induction magnétique. Le champ est créé par le courant et la force je, circulant le long d'un conducteur infiniment long situé perpendiculairement au plan du dessin (Fig. 3). L'induction du champ magnétique est dirigée tangentiellement à la ligne d'induction magnétique. Transformons l'expression, puisque a = 0 et cosa = 1. L'induction du champ magnétique créé par un courant circulant dans un conducteur infiniment long est calculée par la formule : B= m0m JE/(2p un), Que 
La circulation du vecteur le long de ce contour se trouve à l'aide de la formule (3) : 
m 0 m je, parce que 
- circonférence. Donc, 
On peut montrer que cette relation est valable pour un contour de forme arbitraire entourant un conducteur porteur de courant. Si un champ magnétique est créé par un système de courants je 1, je 2, ... , je n, alors la circulation de l'induction du champ magnétique le long d'une boucle fermée entourant ces courants est égale à
(4)
La relation (4) est la loi du courant total : la circulation de l'induction du champ magnétique le long d'un circuit fermé arbitraire est égale au produit de la constante magnétique, de la perméabilité magnétique et de la somme algébrique des courants parcourus par ce circuit.
L'intensité du courant peut être trouvée en utilisant la densité de courant j: Où S- la section transversale du conducteur. Alors la loi actuelle totale s’écrit
(5)
FLUX MAGNÉTIQUE.
Par analogie avec le flux d'intensité de champ électrique, un flux d'induction de champ magnétique ou flux magnétique est introduit. Flux magnétique à travers une surface appelez le nombre de lignes d’induction magnétique qui le pénètrent. Soit une surface d'une aire de S. Pour trouver le flux magnétique qui la traverse, divisons mentalement la surface en zones élémentaires avec une aire DS, qui peuvent être considérés comme plats, et le champ à l'intérieur est uniforme (Fig. 4). Alors le flux magnétique élémentaire dФ Bthrough cette surface est égale à : dФ B = BdS parce qu'un =B n DS, Où B est le module d'induction de champ magnétique à l'emplacement du site, a est l'angle entre le vecteur et la normale au site, B n =B cos a est la projection de l'induction du champ magnétique sur la direction normale. Flux magnétique F B sur toute la surface est égal à la somme de ces flux dФ B, c'est-à-dire
  Riz. 4 |
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puisque la somme de quantités infinitésimales est l’intégration.
En unités SI, le flux magnétique est mesuré en webers (Wb). 1 Wb = 1 T·1 m2.
THÉORÈME DE GAUSS POUR LE CHAMP MAGNÉTIQUE
En électrodynamique, le théorème suivant est prouvé : le flux magnétique pénétrant une surface fermée arbitraire est nul , c'est à dire.
Ce rapport est appelé Théorème de Gauss pour un champ magnétique. Ce théorème est une conséquence du fait que dans la nature, il n'y a pas de « charges magnétiques » (contrairement aux charges électriques) et que les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées (contrairement aux lignes d'intensité du champ électrostatique, qui commencent et se terminent par des charges électriques).
TRAVAIL SUR LE MOUVEMENT D'UN CONDUCTEUR AVEC COURANT DANS UN CHAMP MAGNÉTIQUE
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On sait qu’une force Ampère agit sur un conducteur transportant du courant dans un champ magnétique. Si le conducteur bouge, alors pendant son mouvement, cette force agit. Définissons-le pour un cas particulier. Considérons un circuit électrique, une des sections CC qui peut glisser (sans frottement) le long des contacts. Dans ce cas, la chaîne forme un contour plat. Ce circuit est dans un champ magnétique uniforme avec induction perpendiculaire au plan du circuit, dirigé vers nous (Fig. 5). Vers le site CC La force ampère agit
F = BIl sina =BIl, (8)
Où je- longueur du tronçon, je- l'intensité du courant circulant dans le conducteur. - l'angle entre les directions du courant et du champ magnétique. (Dans ce cas, a = 90° et sin a = 1). Nous trouvons la direction de la force en utilisant la règle de gauche. Lors du déplacement d'une zone CCà une distance élémentaire dx le travail élémentaire est fait dA, égal dA = Fdx. En tenant compte de (8), on obtient :
dA = BIl dx = IB dS = I dФ B, (9)
parce que le dS = ldx- la zone décrite par le conducteur lors de son déplacement, dФ B =B·dS- flux magnétique à travers cette zone ou modification du flux magnétique à travers la zone d'une boucle plate fermée. L'expression (9) est également valable pour un champ magnétique non uniforme. Ainsi, le travail effectué pour déplacer une boucle fermée avec un courant constant dans un champ magnétique est égal au produit de l'intensité du courant et de la variation du flux magnétique à travers la zone de cette boucle.
PHÉNOMÈNE D'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE
Le phénomène d’induction électromagnétique est le suivant : avec tout changement dans le flux magnétique pénétrant dans la zone couverte par le circuit conducteur, une force électromotrice y apparaît. Ils l'appellent f.e.m. induction . Si le circuit est fermé, alors sous l'influence de la force électromotrice. un courant électrique apparaît, appelé induction .
Considérons l'une des expériences menées par Faraday pour détecter le courant induit, et donc la force électromotrice. induction. Si un aimant est poussé ou tiré dans un solénoïde connecté à un appareil de mesure électrique très sensible (galvanomètre) (Fig. 6), alors lorsque l'aimant se déplace, une déviation de l'aiguille du galvanomètre est observée, indiquant l'apparition d'un courant induit. La même chose est observée lorsque le solénoïde se déplace par rapport à l'aimant. Si l’aimant et le solénoïde sont immobiles l’un par rapport à l’autre, aucun courant induit ne se produit. Ainsi, avec le mouvement mutuel de ces corps, une modification se produit dans le flux magnétique créé par le champ magnétique de l'aimant à travers les spires du solénoïde, ce qui conduit à l'apparition d'un courant induit provoqué par la force électromotrice émergente. induction.
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LA RÈGLE DE LENZ
La direction du courant d'induction est déterminée La règle de Lenz :le courant induit a toujours une direction telle que le champ magnétique qu'il crée empêche le changement de flux magnétique qui provoque ce courant. Il s'ensuit qu'à mesure que le flux magnétique augmente, le courant induit résultant aura une direction telle que le champ magnétique généré par celui-ci sera dirigé contre le champ externe, neutralisant ainsi l'augmentation du flux magnétique. Une diminution du flux magnétique, au contraire, conduit à l'apparition d'un courant d'induction, qui crée un champ magnétique coïncidant en direction avec le champ extérieur.
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Supposons, par exemple, que dans un champ magnétique uniforme, il y ait un cadre carré en métal et pénétré par un champ magnétique (Fig. 7). Supposons que le champ magnétique augmente. Cela conduit à une augmentation du flux magnétique à travers la zone du cadre. Selon la règle de Lenz, le champ magnétique du courant induit résultant sera dirigé contre le champ externe, c'est-à-dire le vecteur de ce champ est opposé au vecteur. En appliquant la règle de la vis droite (si l'on fait tourner la vis pour que son mouvement de translation coïncide avec la direction du champ magnétique, alors son mouvement de rotation donne le sens du courant), on trouve le sens du courant d'induction II.
LOI DE L'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE.
La loi de l'induction électromagnétique, qui détermine la force électromotrice émergente, a été découverte expérimentalement par Faraday. Cependant, il peut être obtenu sur la base de la loi de conservation de l'énergie.
Revenons au circuit électrique représenté sur la Fig. 5 placé dans un champ magnétique. Trouvons le travail effectué par une source actuelle avec emf. e dans une période de temps élémentaire dt, lorsque les charges se déplacent le long du circuit. De la définition de emf. Emploi dA les forces tierces sont égales à : dA magasin = e·dq, Où qq- la quantité de charge circulant dans le circuit au cours du temps dt. Mais dq = Idt, Où je- l'intensité du courant dans le circuit. Alors
dA magasin = e·I·dt. (10)
Le travail de la source de courant est consacré à la libération d'une certaine quantité de chaleur dQ et travailler dA par le mouvement du conducteur CC dans un champ magnétique. Selon la loi de conservation de l'énergie, l'égalité doit être satisfaite
dA magasin = dQ + dA.(11)
De la loi Joule-Lenz on écrit :
dQ = je 2R dt, (12)
Où R. est la résistance totale d'un circuit donné, et d'après l'expression (9)
dA = je dФ B, (13)
Où dФ B est la variation du flux magnétique à travers la zone d'une boucle fermée lorsque le conducteur se déplace. En remplaçant les expressions (10), (12) et (13) dans la formule (12), après réduction par je, on a e· dt = IR dt + dФ B. Diviser les deux côtés de cette égalité par dt, nous trouvons: je = (e – De cette expression, il s'ensuit que dans le circuit, en plus de la force électromotrice. e, une autre force électromotrice agit ei, égal
(14)
et provoqué par une modification du flux magnétique pénétrant dans la zone du circuit. Ce f.e.m. et c'est la fem. induction électromagnétique ou emf pour faire court. induction. La relation (14) est loi de l'induction électromagnétique, qui est formulé : f.e.m. L'induction dans un circuit est égale au taux de variation du flux magnétique pénétrant dans la zone couverte par ce circuit. Le signe moins dans la formule (14) est une expression mathématique de la règle de Lenz.