Magnetizmo žaliavos fizika paskaitoje. Pilna elektroninė elemento formulė

Planas: 1. Kulono dėsnis. Įtampa elektrinis laukas. 2. Elektrinio lauko darbas. Elektrinis potencialas. 3. Srovės stiprumas ir tankis. 4. Magnetinis laukas. Magnetinio lauko indukcija. 5. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis. 6. Ampero dėsnis. Lorenco jėga.

Kulono dėsnis. Elektrinio lauko stiprumas Elektrinis laukas – ypatinga forma laukas, esantis aplink kūnus ar daleles, turinčias elektros krūvį, taip pat laisvos formos elektromagnetines bangas Oi. Elektrinis laukas yra laukas, kurį sukuria elektros krūvis.

Elektrinio lauko stipris – jėga, veikianti vienetinį krūvį elektriniame lauke. [E]=V/m=N/C lauko stiprumas taškinis mokestis

Elektros lauko darbai. Elektrinis potencialas (1 – 2) = = U = A/q, =1 V Potencialų skirtumas tarp dviejų lauko taškų yra lauko jėgų atliekamo darbo judant tašku santykis. teigiamas krūvis iš vieno lauko taško į kitą, į šį krūvį. Jėgų darbas elektrostatinis laukas

Teoriškai potencialas neribotą laiką laikomas lygiu nuliui nuotoliniai taškai, todėl potencialai įvairiuose taškuose gali būti aiškiai pavaizduoti to paties potencialo paviršiais, kurie vadinami ekvipotencialiais paviršiais.

Elektrinė talpa. Elektros lauko energija Izoliuoto laidininko elektrinė talpa (talpa) Kondensatorius + d + + + - E - C=q/U C = 0 S / d

Magnetinis laukas. Magnetinio lauko indukcija Sukuria aplink judančius krūvius, tokius kaip srovės laidininkai. Tai medžiagos rūšis, per kurią jėga veikia judančius elektros krūvius, esančius lauke, ir kitus kūnus, magnetinis momentas. Magnetiniam laukui būdingas specialus vektorinis dydis, magnetinio lauko indukcija (B) ([B] =1 T=1 N/A).

Kur vektorinis produktas, r – atstumas, kuriuo magnetinį lauką sukuria laidininkas, kurio srovė yra I, µ 0 – magnetinė konstanta, µ – magnetinė skvarba (µ = 1 – vakuume) µ > 1 – paramagnetinės medžiagos (šiek tiek sustiprina išorinį magnetinį lauką) , µ >> 1 – feromagnetai (stiprina išorinį magnetinį lauką), µ

FEDERALINĖ RYŠIŲ AGENTŪROS valstija ugdymo įstaiga aukštesnė profesinį išsilavinimą

„SANKT PETERBURGO VALSTYBINIO TELEKOMUNIKACIJŲ UNIVERSITETAS

juos. prof. M. A. BONCH-BRUEVICH“

VELNAS. Andrejevas L.M. Juoda

MAGNETIZMAS

PASKAITŲ KONTAKTAI

SANKT PETERBURGAS

UDC 532.6(075.8)

BBK V334ya73

Andrejevas, A.D.

A65 fizika. Magnetizmas: paskaitų konspektai / A.D. Andrejevas, L.M. Juoda; GOUVPO SPbSUT. – Sankt Peterburgas, 2009. – 56 p.

Sudėtyje yra teorinė medžiaga„Fizikos“ disciplinos skyriuje „Magnetizmas“.

Sukurta padėti studentams technines specialybes visų formų mokymosi savarankiškame darbe, taip pat ruošiantis pratyboms, koliokviumams ir egzaminams.

UDC 537.6 (075.8)

BBK V334ya73

© Andrejevas A.D., Chernykh L.M., 2009 m

Valstybinė aukštojo profesinio mokymo įstaiga „Sankt Peterburgas valstybinis universitetas vardu pavadintos telekomunikacijos. prof. M.A. Bonch-Bruevich“, 2009 m

ĮVADAS

IN 1820 m. Kopenhagos universiteto profesorius Hansas Christianas Oerstedas skaitė paskaitas apie elektrą, galvanizmą ir magnetizmą. Tuo metu elektra buvo vadinama elektrostatika, galvanizmu buvo vadinami reiškiniai, kuriuos sukelia DC gautas iš baterijų, su magnetizmu siejamas žinomos savybės geležies rūdos, su kompaso adata, su Žemės magnetiniu lauku.

IN Ieškodamas ryšio tarp galvanizmo ir magnetizmo, Oerstedas atliko eksperimentą, leisdamas srovę per laidą, pakabintą virš kompaso adatos. Įjungus srovę, rodyklė nukrypo nuo dienovidinio krypties. Jei pasikeitė srovės kryptis arba rodyklė buvo pastatyta virš srovės, ji nukrypo į kitą pusę nuo dienovidinio.

Oerstedo atradimas buvo galingas stimulas tolesniems tyrimams ir atradimams. Praėjo šiek tiek laiko ir Ampere, Faraday ir kiti atliko išsamų ir tikslų tyrimą magnetinis veiksmas elektros srovės. Faradėjaus reiškinio atradimas elektromagnetinė indukcijaįvyko praėjus 12 metų po Oersted patirties. Remiantis šiais eksperimentiniai atradimai buvo pastatyta klasikinė teorija elektromagnetizmas. Maxwellas suteikė jam galutinę išvaizdą ir matematinė forma, o Hertzas tai puikiai patvirtino 1888 m., eksperimentiškai įrodydamas elektromagnetinių bangų egzistavimą.

1. MAGNETINIS LAUKAS VAKUUME

1.1. Srovių sąveika. Magnetinė indukcija

Elektros srovės sąveikauja viena su kita. Kaip parodyta

tarp jų. Srovių sąveikos dėsnį eksperimentiškai nustatė Andre Marie Ampere 1820 m.

IN metaluose – bendras teigiamai įkrautos joninės gardelės ir neigiamo krūvio krūvis laisvųjų elektronų lygus nuliui. Krūviai laidininke pasiskirsto tolygiai. Taigi aplink laidininką nėra elektrinio lauko. Štai kodėl laidininkai nesąveikauja vienas su kitu, kai nėra srovės.

Tačiau esant srovei (užsakytas judėjimas nemokama žiniasklaidaįkrovimas) tarp laidininkų vyksta sąveika, kuri paprastai vadinama magnetine.

IN šiuolaikinė fizika magnetinė sąveika srovės aiškinamos kaip reliatyvistinis efektas, atsirandantis atskaitos sistemoje, kurios atžvilgiu vyksta tvarkingas krūvių judėjimas. Šioje pamokoje naudosime magnetinio lauko sąvoką kaip elektros srovę supančios erdvės savybę. Srovės magnetinio lauko buvimas pasireiškia sąveikaujant su kitais laidininkais, turinčiais srovę (Ampero dėsnis), arba sąveikaujant su judančia įkrauta dalele (Lorenco jėga, 2.1 poskyris), arba nukreipiant magnetinę adatą, esančią šalia laidininko su srovė (Oerstedo eksperimentas).

Norėdami apibūdinti srovės magnetinį lauką, pristatome magnetinės indukcijos vektoriaus sąvoką. Tam, panašiai kaip buvo naudojama bandymo taško krūvio sąvoka nustatant elektrostatinio lauko charakteristikas, įvedant magnetinės indukcijos vektorių naudosime bandomąją grandinę su srove. Tegul jis būna plokščiai uždarytas

grandinė laisva forma ir maži dydžiai. Toks mažas, kad tose vietose, kur jis yra, magnetinis laukas gali būti laikomas tuo pačiu.

priklauso nuo lauko savybių tam tikrame taške (grandinė mažo dydžio) ir nuo grandinės savybių (jos magnetinio momento).

Priklausomai nuo grandinės orientacijos, sukimo momento vertė gali būti bet kokia vertė nuo nulio iki didžiausios M max. Kaip rodo patirtis, bet kuriame taške M max i s, t.y. maksimali vertė mechaninis

jėgų poros momentas priklauso nuo bandymo grandinės magnetinio momento dydžio ir negali būti magnetinio lauko charakteristika tiriamame taške. Jėgų poros maksimalaus mechaninio momento ir bandymo grandinės magnetinio momento santykis nuo pastarojo nepriklauso ir gali būti magnetinio lauko charakteristika. Ši charakteristika vadinama magnetine indukcija (magnetinio lauko indukcija)

B M maks. aš s

Įveskime kaip vektorinis kiekis. Dėl magnetinio vektoriaus krypties

Indukcija B paimsime bandymo grandinės magnetinio momento kryptį su srove, esančia tiriamame lauko taške, padėtyje stabili pusiausvyra(1 padėtis 4 pav.). Ši kryptis sutampa su magnetinės adatos, esančios šiame taške, šiaurinio galo kryptimi.

ku. Iš to, kas išdėstyta pirmiau, išplaukia, kad B apibūdina magnetinio lauko jėgos poveikį srovei ir todėl yra elektrostatinio lauko stiprumo analogas. Vektoriaus B lauką galima pavaizduoti naudojant magnetines linijas

gijų indukcija. Kiekviename tiesės taške vektorius B nukreiptas jo liestine. Kadangi magnetinės indukcijos vektorius bet kuriame lauko taške turi tam tikrą kryptį, magnetinės indukcijos linijos kryptis kiekviename lauko taške yra unikali. Vadinasi, magnetinės indukcijos linijos, kaip ir elektrinio lauko linijos, nesikerta. Fig. 5 paveiksle pavaizduotos kelios nuolatinės srovės magnetinio lauko indukcijos linijos, pavaizduotos plokštumoje

stity statmena srovei. Jie atrodo kaip

uždari apskritimai su centrais esamoje ašyje.

Reikėtų pažymėti, kad magnetinio lauko linijos visada yra uždaros. Tai skiriamasis bruožas sūkurio laukas, kuriame magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per savavališką uždarą paviršių yra lygus nuliui (Gauso teorema magnetizme).

1.2. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis. Superpozicijos principas magnetizme

Biotas ir Savardas 1820 metais atliko įvairių formų srovių magnetinių laukų tyrimą. Jie nustatė, kad magnetinė indukcija visais atvejais yra proporcinga srovės, sukuriančios magnetinį lauką, stiprumui. Laplasas išanalizavo Bioto ir Savarto gautus eksperimentinius duomenis ir nustatė, kad bet kokios konfigūracijos srovės I magnetinis laukas gali būti apskaičiuojamas kaip atskirų elementariųjų elementų sukurtų laukų vektorinė suma (superpozicija).

Bioto – Savarto – Laplaso dėsnio formulė (1.1) parašyta SI sistemoje, in

kurių konstanta 0 4107 Gnm vadinama magnetine konstanta.

Jau buvo pastebėta, kad magnetizme, kaip ir elektroje, vyksta laukų superpozicijos principas, t.y. sukurta magnetinio lauko indukcija

kurią sukuria srovių sistema, tam tikrame erdvės taške yra lygi magnetinių laukų indukcijų vektorinei sumai, kurią šiame taške sukuria kiekviena srovė atskirai:

1.3. Biot-Savart-Laplace dėsnio taikymas. Nuolatinės srovės magnetinis laukas

Panagrinėkime nuolatinės srovės segmentą. Srovės elementas Idl sukuria magnetinį lauką, kurio indukcija taške A (8 pav.) pagal Bioto-Savarto-Laplaso dėsnį randama pagal formulę:

Iš pav. 8 iš to matyti, kad b r sin, kur b yra atstumas nuo nuolatinės srovės iki nagrinėjamo taško A. Vadinasi,

BdB. Taške A visi dB nuo skirtingų

tiesioginės srovės segmento elementai turi tą pačią kryptį. Magnetinės indukcijos dydis taške A yra lygus visų nuolatinės srovės elementų algebrinei sumai dB:

dl D

1.4. Biot-Savart-Laplace dėsnio taikymas. Magnetinis laukas apskrita srovė

Panagrinėkime R spindulio apskritimo formos laidininką, kuriuo teka srovė I (11 pav.). Padalinkime žiedinę srovę į srovės elementusIdl, kurių kiekvienas sukuria magnetinį lauką apskritimo srovės centre (taškas O)

dB. Pagal Bioto-Savarto-Laplaso dėsnį (1.1), atsižvelgiant į tai, kad r R, srovės elemento sukuriama magnetinė indukcija taške O BdB. Taške apie viską

iš skirtingų

apskritos srovės elementai turi vieną

O dB

kovy kryptis. Vadinasi,

B dB

2R 0 I .

4 R 2

Taigi, indukcijai

magnetinis laukas apskritimo srovės centre

gauname

2 R.

Panagrinėkime magnetinį lauką, kurį sukuria žiedinė srovė kituose

z ašies taškais (12 pav.).

Bet kuri vienodo dydžio srovės elementų pora (I

išdėstytas simetriškai z ašies atžvilgiu, ašies taškuose sukuria magnetinį lauką: dB dB 1 dB 2 (dB 1 dB 2). VectordB 1 pagal

Bioto – Savarto – Laplaso dėsnis nukreiptas statmenai plokštumai, kurioje yra vektoriai dl 1 ir r 1 . Vektorius dB 2 nukreiptas statmenai plokštumai,

kurį vaizduoja vektorius dB, nukreiptas išilgai Ozo ašies. Kaip matyti iš Fig. 12,

dB 2dB 1 sin .

Elektra ir magnetizmas.

Pilnas elektroninė formulė elementas

Orbitalių užpildymo principai

1. Pauli principas. Atome negali būti dviejų elektronų, kurių visų kvantinių skaičių (n, l, m, s) reikšmės būtų vienodos, t.y. Kiekvienoje orbitoje gali būti ne daugiau kaip du elektronai (su priešingais sukiniais).

2. Klečkovskio taisyklė (mažiausios energijos principas). Pradinėje būsenoje kiekvienas elektronas yra išdėstytas taip, kad jo energija būtų minimali. Kuo suma mažesnė (n + l), tuo mažesnė orbitos energija. At nustatyta vertė(n + l) orbitalė su mažesniu n turi mažiausią energiją. Orbitų energija didėja serijoje:

1S< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d » 4f < 6p < 7s.

3. Hundo taisyklė. Atomas pagrindinėje būsenoje turėtų turėti maksimumą galimas skaičius nesuporuoti elektronai tam tikrame polygyje.

Įrašas, atspindintis elektronų pasiskirstymą atome cheminis elementas Autorius energijos lygiai o sublygiai vadinami elektroninė konfigūracijašis atomas. Esant pagrindinei (nesužadintai) atomo būsenai, visi elektronai tenkina minimalios energijos principą. Tai reiškia, kad polygiai, kuriems:

1) Svarbiausia kvantinis skaičius n minimumas;

2) Lygio viduje pirmiausia užpildomas s polygis, po to p- ir tik po to d- (l minimalus);

3) Užpildymas vyksta taip, kad (n + l) būtų minimalus (Klečkovskio taisyklė);

4) Vieno polygio ribose elektronai išsidėstę taip, kad jų bendras sukinys būtų maksimalus, t.y. esančios didžiausias skaičius nesuporuoti elektronai (Hundo taisyklė).

5) Pildant el atominės orbitalės Pauli principas tenkinamas. Jo pasekmė yra ta, kad energijos lygyje su skaičiumi n gali būti ne daugiau kaip 2n 2 elektronų, esančių n 2 polygiuose.

Cezis (Cs) yra 6-ajame periode, jame yra 55 elektronai ( serijos numeris 55) yra paskirstyti 6 energijos lygiuose ir jų polygiuose. Vykdydami orbitalių užpildymo elektronais seką, gauname:

55 Cs 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 5d 10 6s 1

Ramybės būsenos krūviai sąveikauja per elektrinį lauką. Ši sąveika taip pat išsaugoma judant krūviams, tačiau tokiu atveju taip pat atsiranda magnetinė sąveika, kurį atlieka magnetinis laukas.

Magnetinis laukas - jėgos laukas, viena iš dalių elektromagnetinis laukas, atsirandantis erdvėje aplink bet kurį srovės laidininką ir nuolatinius magnetus. Magnetinį lauką sukuria laidininkai su srovėmis, judantys elektros krūviai ir kūnai, taip pat įmagnetinti kūnai ir kintamasis elektrinis laukas.

Gautas laukas veikia kitus judančius krūvius ir sroves. Taip atsiranda srovių ir judančių krūvių sąveika.

Magnetinis laukas, kurio charakteristikos laikui bėgant nekinta, vadinamas stacionarus. Priešingu atveju magnetinis laukas yra kintamieji (nestacionarūs).

Nejudančio magnetinio lauko atsiradimą šalia srovės laidininko iliustruoja pagrindinis Oerstedo patirtis. 1820 m. vasario viduryje danų fizikas ir Kopenhagos universiteto profesorius Hansas Christianas Oerstedas skaitė paskaitą studentams. Sujungęs elektros akumuliatoriaus polius viela, jis prisiminė, kad laidininkas yra apsvaigęs elektros srovėįkaista ir gali net įkaisti raudonai. Klausytojų akys buvo įsmeigtos į laidą, o lektoriaus padėjėjas netyčia žvilgtelėjo į šalia gulintį kompasą. Jaunuolis pamatė, kad adata dreba ir šiek tiek pasisuka. Jis nedelsdamas apie tai pranešė profesoriui. Oerstedui šis reiškinys buvo visiškai netikėtas. Mokslininkas eksperimentą kartojo vėl ir vėl, privesdamas kompasą prie laido, ir tai išsiaiškino jei magnetinė adata, kuri gali laisvai suktis aplink vertikalioji ašis, dedamas po tiesiu laidininku su nuolatine srove, tada jis sukasi, bandydamas išsidėstyti statmenai laidininkui su srove. Rodyklė sutaps su šia kryptimi tiksliau nei 1) daugiau galios srovė; 2) šaulys yra arčiau konduktoriaus; 3) silpnesnė įtakaŽemės magnetinis laukas. Pakeitus srovės kryptį rodyklė pasisuko priešinga kryptimi.

Oerstedas nustatė, kad iš dviejų tuo metu žinomų elektros rūšių – statinės ir mobiliosios – tik pastaroji yra susijusi su magnetizmu. Jėga, veikianti magnetinis polius rodyklė pasirodė esanti ne nukreipta išilgai spindulio vektoriaus, jungiančio magnetinį strėlės polių su viela. Tai netilpo į Niutono mechanikos sistemą, kuriai buvo žinomos tik radialinės jėgos.

Gautas laukas veikia kitus judantys mokesčiai ir srovės ( veikia tik judančius elektros krūvius!) – atsiranda sąveika tarp srovių ir judančių krūvių. Identiškos krypties srovės traukia, priešinės srovės atstumia. Įmagnetinti kūnai yra veikiami magnetinio lauko nepriklausomai nuo to, ar jie juda, ar stovi.

Magnetinio lauko buvimas yra aptiktas jėga veikiant srovės laidininkus arba į jį įvestus nuolatinius magnetus. Poveikio pobūdis priklauso nuo: srovę nešančio laidininko formos; laidininko vieta; srovės kryptis.

Tiriant magnetinį lauką, naudojama uždara plokščia grandinė su srove (rėmas su srove), kurios matmenys yra maži, palyginti su atstumu iki magnetinį lauką formuojančių srovių. Rėmas patiria orientacinį lauko veiksmą (t. y. magnetiniame lauke jį veikia jėgų pora).

Sukimo momento jėga arba (kur kampas tarp vektorių ir ) priklauso nuo

lauko savybės tam tikrame taške: - magnetinės indukcijos vektorius (magnetinio lauko indukcijos vektorius) – galios charakteristika magnetinis laukas. Sąvoka įvedama remiantis vienu iš trijų patirtus faktus:

a) magnetinio lauko orientacinis poveikis srovę nešančiam rėmui,

b) laidininko, nešančio srovę, nukreipimas magnetiniame lauke,

c) magnetiniame lauke judančio elektra įkrautų dalelių pluošto nukreipimas.

Nustatyta pagal Ampero dėsnį ir Lorenco jėgos išraišką. Jis yra analogiškas elektrostatinio lauko stiprumo vektoriui.

iš rėmo savybių: rėmo magnetinio momento vektorius su srove. Plokščiai grandinei su sroveAš: , skaliarine forma - , kur S- kontūro paviršiaus plotas (rėmas), – vieneto vektorius normalus rėmo paviršiui; kryptis sutampa su normalios krypties. Tai. vektoriai ir yra statmeni kontūro plokštumai ir yra orientuoti taip, kad iš vektorių galų ir srovė teka prieš laikrodžio rodyklę. Jei grandinė susideda iš posūkių, tada .

Nustatyta vektorių ir kryptis dešiniojo varžto taisyklė (įvarčio taisyklė): jei antgalio su dešiniuoju sriegiu rankena pasukama srovės kryptimi grandinėje (rėme su srove), tada vektorių kryptis sutaps su sriegio galiuko judėjimo kryptimi. gimlet.

Uždavinys 1. 20 cm skersmens vielos ritė dedama į tolygų magnetinį lauką, kurio indukcija lygi 10 -3 T. Per ritę praleidžiant 2 A srovę, ritė sukasi 90 0 . Koks jėgos momentas veikė ritę?

Duota: Sprendimas:

Jėgos, veikiančios ritę su srove magnetiniame lauke, momento modulis, kur . Nes , tai,

Atsakymas: .

Magnetinis laukas vadinamas vienalytis, jei vektoriai visuose jo taškuose yra vienodi pagal dydį ir kryptį. Kitu atveju laukas vadinamas nevienalytis.

Magnetinė indukcija šiuo metu vienalytis magnetinis laukas nustatomas pagal maksimalų sukimo momentą, veikiantį rėmą, kurio magnetinis momentas lygus 1, kai normalioji į rėmą yra statmena lauko krypčiai: , t.y. Magnetinės indukcijos linijos yra rėmo plokštumoje, o jos magnetinis momentas nukreiptas statmenai indukcijos linijoms. Šioje padėtyje bus rėmas su srove nestabili pusiausvyra. Stabili rėmo su srove arba bet kokios uždaros grandinės su srove padėtis bus tada, kai rėmo plokštuma yra statmena indukcijos linijoms, o rėmo magnetinio momento vektorius lygiagretus indukcijos linijoms.

Matavimo vienetas: tesla (T). Vienodame magnetiniame lauke, kurio indukcija yra 1 T, 1 m ilgio tiesios vielos, statmenos vektoriui, kuria teka 1 A srovė, veikia 1 N jėga: , iš čia.

Magnetinį lauką galima vizualizuoti naudojant magnetinio lauko linijos (magnetinio lauko indukcijos linijos). Šios linijos sudaromos taip pat, kaip ir elektrinio lauko linijos: lauko linijos liestinė kiekviename taške sutampa su vektoriaus kryptimi, o linijų tankis yra proporcingas vektoriaus dydžiui tam tikrame taške. lauką. Magnetinės indukcijos linijas galima „atskleisti“ naudojant geležies drožles, kurios tiriamame lauke įmagnetinamos ir elgiasi kaip mažos magnetinės adatėlės.

Magnetinis laukas nuolatinė srovė(tiesus laidininkas su srove) pavaizduotas apskritimais, kurių centrai yra ant laidininko ašies, esantys jo ašiai statmenoje plokštumoje. Galima nustatyti tokios srovės magnetinio lauko kryptį:

1. pagal gimleto taisyklę - pasukant antgalio rankeną bus parodyta lauko linijų kryptis;

2. jei žiūrėsite srovės kryptimi, lauko linijos bus nukreiptos pagal laikrodžio rodyklę; jei žiūri į srovę – prieš laikrodžio rodyklę.

Tie patys metodai leidžia rasti apskritimo srovės arba solenoido lauko kryptį. Srovės ritės (solenoido) magnetinis laukas yra tarsi dainavimas nuolatinis magnetas. Magnetinio lauko linijos visada uždarytos.(Jie taip pat gali prasidėti ir baigtis begalybėje.) Tuo jie skiriasi nuo elektrinio lauko linijų, kurios visada prasideda ir baigiasi elektros krūviais arba eina į begalybę. Skirtingai nuo elektrostatinio lauko, magnetinis laukas yra nepotencialus. Nepotencialus laukas vadinamas sūkurio laukas.

n1.doc

MAGNETIZMAS

Elektroninis fizikos vadovėlis

KSTU-KKhTI. Fizikos katedra. Starostina I.A., Kondratyeva O.I., Burdova E.V.
Norėdami pereiti tekstą elektroninis vadovėlis galima naudoti:

1 mygtuko paspaudimas PgDn, PgUp,,  judėti tarp puslapių ir eilučių;

2- spustelėdami kairįjį pelės mygtuką ant pasirinkto tekstą eiti į reikiamą skyrių;

3 – kairiuoju pelės mygtuku spustelėkite pažymėtą piktogramą @ eiti į turinį.
TURINYS

MAGNETIZMAS

MAGNETIZMAS

1. MAGNETOSTATIKOS PAGRINDAI. MAGNETINIS LAUKAS VAKUUME

1.1. Magnetinis laukas ir jo charakteristikos.@

1.2. Ampero dėsnis.@

1.3. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis ir jo taikymas skaičiuojant magnetinį lauką. @

1.4. Dviejų žmonių sąveika lygiagrečiai laidininkai su srove. @

1.5. Magnetinio lauko poveikis judančiai įkrautai dalelei. @

1.6. Suminės srovės dėsnis magnetiniam laukui vakuume (vektoriaus B cirkuliacijos teorema). @

1.7. Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas. Gauso teorema magnetiniam laukui. @

1. 8. Rėmas su srove vienodame magnetiniame lauke. @

2. MAGNETINIS LAUKAS MATERIJOJE. @

2.1. Magnetiniai atomų momentai. @

2.2. Atomas magnetiniame lauke. @

2.3. Medžiagos įmagnetinimas. @

2.4. Magnetų tipai. @

2.5. Diamagnetizmas. Diamagnetai. @

2.6. Paramagnetizmas. Paramagnetinės medžiagos. @

2.7. Feromagnetizmas. Feromagnetai. @

2.8. Feromagnetų srities struktūra. @

2.9. Antiferomagnetai ir feritai. @

3. ELEKTROMAGNETINĖS INDUKCIJOS REIKŠINIS. @

3.1. Pagrindinis elektromagnetinės indukcijos dėsnis. @

3.2. Savęs indukcijos fenomenas. @

3.3. Abipusės indukcijos reiškinys. @

3.4. Magnetinio lauko energija. @

4. MAKSVELO LYGTYBĖS. @

4.1. Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija. @

4.2. Pirmoji Maksvelo lygtis. @

4.3. Poslinkio srovė. @

4.4. Antroji Maksvelo lygtis. @

4.5. Maksvelo lygčių sistema integralia forma. @

4.6. Elektromagnetinis laukas. Elektromagnetinės bangos. @

MAGNETIZMAS

Magnetizmas– fizikos šaka, tirianti elektros srovių, srovių ir magnetų (kūnų, turinčių magnetinį momentą) ir magnetų sąveiką.

Ilgą laiką magnetizmas buvo laikomas visiškai nepriklausomu nuo elektros mokslu. Tačiau skaičius svarbiausi atradimai XIX–XX amžiuje A. Ampere'as, M. Faradėjus ir kiti įrodė elektrinių ir magnetinių reiškinių ryšį, o tai leido svarstyti magnetizmo doktriną. neatskiriama dalis pamokymai apie elektrą.

1. MAGNETOSTATIKOS PAGRINDAI. MAGNETINIS LAUKAS VAKUUME

1.1. Magnetinis laukas ir jo charakteristikos. @

Daugybė eksperimentų pradžios XIXšimtmečiai parodė, kad kiekvienas srovės laidininkas ir nuolatinis magnetas gali paveikti jėgą erdvėje ant kitų srovę nešančių laidininkų ar magnetų. Taip atsitinka dėl to, kad aplink srovės laidininkus ir magnetus susidaro laukas, kuris buvo vadinamas magnetinis.

Magnetiniam laukui tirti naudojama nedidelė magnetinė adatėlė, pakabinama ant sriegio arba subalansuota ant galiuko (1.1 pav.). Kiekviename magnetinio lauko taške bus savavališkai išdėstyta rodyklė
1.1 pav. Magnetinio lauko kryptis
pasukti tam tikra kryptimi. Taip atsitinka dėl to, kad kiekviename magnetinio lauko taške sukimo momentas veikia adatą, kuri linkusi išdėstyti savo ašį išilgai magnetinio lauko. Rodyklės ašis yra atkarpa, jungianti jos galus.

Panagrinėkime keletą eksperimentų, kurie leido nustatyti pagrindines magnetinio lauko savybes:

Remiantis šiais eksperimentais buvo padaryta išvada, kad magnetinį lauką sukuria tik judantys krūviai arba judantys įkrauti kūnai, taip pat nuolatiniai magnetai. Dėl to magnetinis laukas skiriasi nuo elektrinio lauko, kurį sukuria tiek judant, tiek stacionarūs krūviai ir daro įtaką ir vienam, ir kitam.

Pagrindinė magnetinio lauko charakteristika yra magnetinės indukcijos vektorius . Magnetinės indukcijos kryptimi tam tikrame lauko taške laikoma kryptis, išilgai kurios magnetinės adatos ašis yra tam tikrame taške nuo S iki N (1.1 pav.). Grafiškai magnetiniai laukai pavaizduoti magnetinės indukcijos linijomis, tai yra kreivėmis, kurių liestinės kiekviename taške sutampa su vektoriaus B kryptimi.

Šias jėgos linijas galima pamatyti naudojant geležines drožles: pavyzdžiui, jei išsklaidysite drožles aplink ilgą tiesų laidininką ir paleisite per jį srovę, drožlės elgsis kaip maži magnetai, išdėstyti išilgai elektros linijos magnetinis laukas (1.2 pav.).

Kaip nustatyti vektoriaus kryptį šalia srovės laidininko? Tai galima padaryti naudojant taisyklę dešine ranka, kuris pavaizduotas fig. 1.2. Nykštys dešinė ranka yra nukreipta srovės kryptimi, tada likę pirštai sulenktoje padėtyje rodo magnetinio lauko linijų kryptį. 1.2 pav. parodytu atveju linijos yra koncentriniai apskritimai. Magnetinės indukcijos vektoriaus linijos visada yra uždaryta ir uždenkite srovės laidininką. Tuo jos skiriasi nuo elektrinio lauko stiprumo linijų, kurios prasideda teigiama ir baigiasi ties neigiami krūviai, t.y. atidaryti. Nuolatinio magneto magnetinės indukcijos linijos palieka vieną polių, vadinamą šiauriniu (N), ir patenka į kitą, pietinį (S) (1.3a pav.). Iš pradžių atrodo, kad yra visiška analogija su elektrinio lauko stiprio E linijomis, kai vaidmenį atlieka magnetų poliai. magnetiniai krūviai. Tačiau jei nupjaunate magnetą, vaizdas išsaugomas, gausite mažesnius magnetus su savo šiaurės ir pietų poliais, t.y. polių atskirti neįmanoma, nes yra laisvi magnetiniai krūviai, skirtingai nei elektros krūviai, gamtoje neegzistuoja. Nustatyta, kad magnetų viduje yra magnetinis laukas ir šio lauko magnetinės indukcijos linijos yra magnetinės išorėje esančių magnetinės indukcijos linijų tąsa, t.y. uždarykite juos. Kaip ir nuolatinio magneto, solenoido magnetinis laukas yra plonos izoliuotos vielos ritė, kurios ilgis daug didesnis už skersmenį, kuriuo teka srovė (1.3b pav.). Solenoido galas, iš kurio matoma, kad srovė ritėje teka prieš laikrodžio rodyklę, sutampa su šiaurės ašigalį magnetas, kitas – su pietine. Magnetinė indukcija SI sistemoje matuojama N/(A∙m), šiai reikšmei suteikiamas specialus pavadinimas – tesla.

SU pagal prielaidą prancūzų fizikas A. Ampere, įmagnetinta geležis (ypač kompaso adatėlės) turi nuolat judančius krūvius, t.y. elektros srovės atominiu mastu. Tokios mikroskopinės srovės, kurias sukelia elektronų judėjimas atomuose ir molekulėse, egzistuoja bet kuriame kūne. Šios mikrosrovės sukuria savo magnetinį lauką ir pačios gali suktis išoriniai laukai sukurtas laidininkais, nešančiais srovę. Pavyzdžiui, jei srovės laidininkas yra šalia kūno, tada jo magnetinio lauko įtakoje mikrosrovės visuose atomuose yra orientuotos tam tikru būdu, sukurdamos papildomą magnetinį lauką kūne. Tuo metu Amperas nieko negalėjo pasakyti apie šių mikrosrovių prigimtį ir pobūdį, nes materijos sandaros doktrina dar buvo pačioje pradinėje stadijoje. Ampero hipotezė buvo puikiai patvirtinta tik po 100 metų, atradus elektroną ir išaiškinus atomų bei molekulių struktūrą.

Gamtoje egzistuojantys magnetiniai laukai skiriasi savo mastu ir sukeliamu poveikiu. Žemės magnetinis laukas, sudarantis Žemės magnetosferą, tęsiasi 70 - 80 tūkstančių km atstumu Saulės kryptimi ir daug milijonų kilometrų priešinga kryptimi. Netoli Žemės esančioje erdvėje magnetinis laukas sudaro magnetinį spąstą įkrautoms dalelėms didelės energijos. Žemės magnetinio lauko kilmė siejama su laidžiojo judesiais skysta medžiaga V žemės šerdis. Iš kitų planetų saulės sistema tik Jupiteris ir Saturnas turi pastebimus magnetinius laukus. Groja Saulės magnetinis laukas gyvybiškai svarbus vaidmuo visuose Saulėje vykstančiuose procesuose - blyksniai, dėmių ir iškilimų atsiradimas, saulės gimimas kosminiai spinduliai.

Magnetinis laukas plačiai naudojamas įvairios pramonės šakos pramonei, ypač valant miltus kepyklose nuo metalinių priemaišų. Specialiuose miltų sijotuose yra magnetai, kurie pritraukia smulkius geležies gabalėlius ir jos junginius, kurių gali būti miltuose.

Pamokos tema: MAGNETIZMAS IR ELEKTROMAGNETIZMAS

Studentas privalo:

žinoti: pagrindiniai elektrotechnikos dėsniai, elektros medžiagos

sugebėti: taikyti elektrotechnikos dėsnius.

Pamokos tikslas:

Švietimas: studijuoti elektrotechnikos dėsnius, elektros medžiagų savybes, naudojantis mokomąja ir informacine literatūra

Vystantis : lavinti įgūdžius savarankiškas darbas; ugdyti gebėjimą analizuoti darbo dokumentaciją; organizuoti, vertinti ir koreguoti savo veiklą; būti atsakingam už savo darbo rezultatus; ieškoti informacijos.

Švietimas: ugdyti atsakingumą, darbštumą, tikslumą.

Pamokos eiga:

Naujos medžiagos paaiškinimas

Magnetai ir jų savybės

Magnetizmas - Tai ypatingas pasireiškimas elektros krūvių judėjimas atomų ir molekulių viduje, kuris pasireiškia tuo, kad kai kuriekūnai geba pritraukti ir išlaikyti metalo daleles . Šie kūnai vadinami magnetiniais.

Priklausomai nuo paskirties, suteikiami magnetai skirtinga forma: stačiakampis, rombinis, apvalus ir kt.Magnetas bet kokia formaturi du polius - šiaurės ( N ) ir pietų ( S ).

Magnetinis laukas atsiranda aplink bet kurį įmagnetintą kūną, kuris yra materialinė aplinka, kuriame aptinkamas veiksmas magnetinės jėgos. Paveiksluose magnetinis laukas pavaizduotas kaip magnetinės linijos, nukreiptas iš šiaurės ašigalio į pietus (1 pav.). Bet kuri magnetinė linija neturi nei pabaigos, nei pradžios ir yra uždara kreivė, nes šiaurė ir pietų ašigaliai magnetai yra neatskiriami vienas nuo kito.

Ryžiai. 26. Nuolatinio magneto magnetinis laukas

Kai kūnas patenka į magnetinį lauką, jį prasiskverbia magnetinės linijos, kurios tam tikru būdu veikia lauką. Tuo pačiu metu įvairios medžiagos skirtingai veikia magnetinį lauką.

Priklausomai nuo santykinė padėtis Magnetiniai laukai gali pridėti arba atimti. Pirmuoju atveju atomas turės magnetinį lauką arba magnetinį momentą, bet antruoju – ne.

Diamagnetinis medžiagos – tai medžiagos, kurių atomai neturi magnetinio momento ir kurių negalima įmagnetinti. Tai yra didžioji dauguma gamtoje randamų medžiagų ir kai kurie metalai (varis, švinas, cinkas, sidabras ir kt.).

Paramagnetinis medžiagos yra medžiagos, kurių atomai turi tam tikrą magnetinį momentą ir gali būti įmagnetinti.Tai aliuminis, alavas, manganas ir kt.

F Eromagnetinis medžiagos yra tos, kurių atomai turi didelį magnetinį momentą ir yra lengvai įmagnetinami. Tokios medžiagos yra geležis, plienas, ketus, nikelis, kobaltas, gadolinis ir jų lydiniai.

Elektros srovės magnetinis laukas

Aplink laidininką, tekančią srovę, susidaro magnetinis laukas. Tai galima lengvai patikrinti atlikus toliau pateiktą eksperimentą. Į horizontaliai padėto kartono lakšto angą įkišamas tiesus laidininkas ir pro jį praleidžiama srovė. Supilkite ant kartono geležies drožlių ir įsitikinkite, kad jie yra koncentriniuose apskritimuose, kurie turi bendras centras toje vietoje, kur laidininkas kerta kartono lakštą (27 pav.)., A).

Magnetinė adata, pakabinta ant sriegio šalia šio laidininko, užims paveikslėlyje parodytą padėtį. Pasikeitus srovės krypčiai laidininke, magnetinė adata pasisuks 180° kampu.

Priklausomai nuo srovės krypties laidininke, jo generuojamo magnetinio lauko magnetinių linijų kryptis nustatoma pagal gimlet taisyklę, kuri formuluojama taip:

Jeigu judėjimas į priekį gimlet sutampa su srovės kryptimi laidininke, tada sukamasis judėjimas jo rankena rodo aplink šį laidininką susidariusių magnetinio lauko linijų kryptį .

Jei srovė praeina per laidą, sulenktą į žiedą, tada jo įtakoje taip pat atsiras magnetinis laukas. Viela, išlenkta spirale ir susidedanti iš kelių vijų, išdėstytų taip, kad jų ašys sutaptų (27 pav., b), vadinamasolenoidas . Kai srovė teka per solenoido apviją arba vieną laido apsisukimą, sužadinamas magnetinis laukas. Šio lauko kryptį taip pat lemia gimlet taisyklė. Jei antgalio ašį pastatysite statmenai žiedinio laidininko plokštumai arba išilgai solenoido ašies ir pasukite jo rankeną srovės kryptimi, tada šio žiedo judesys parodys magnetinio lauko linijų kryptį. žiedo arba solenoido.

Srovės sužadinamas magnetinis laukas solenoido apvijoje yra panašus į nuolatinio magneto magnetinį lauką, t.y. solenoido galas, iš kurio kyla magnetinės linijos, yra jo šiaurinis polius, o priešingas galas yra jo pietinis polius.

Magnetinio lauko kryptis priklauso nuo srovės krypties ir nuo to, kada keičiasi srovės kryptis tiesus laidininkas arba ritėje taip pat pasikeis šios srovės sužadintų magnetinio lauko linijų kryptis.

Vienodame magnetiniame lauke visuose taškuose laukas turi tą pačią kryptį ir vienodą intensyvumą. Priešingu atveju laukas vadinamas nehomogenišku. Grafiškai pavaizduotas tolygus magnetinis laukas lygiagrečios linijos vienodo tankio, pavyzdžiui, „oro“ tarpelyje tarp dviejų priešingų lygiagrečių magneto polių.

Saugumo klausimai konsoliduoti ir apibendrinti medžiagą:

Kas yra magnetai?

Kokias savybes turi magnetinės medžiagos?

Kaip nustatyti magnetinio lauko, sužadinto aplink srovę nešantį laidininką, kryptį?

Atlikite darbą:

Schematiškai nubrėžkite srovės laidininko magnetinį lauką ir magnetinio lauko linijų kryptį.