Fizika e lëkurës së papërpunuar të magnetizmit në leksion. Formula e plotë elektronike e elementit

Plani: 1. Ligji i Kulombit. Tensioni fushë elektrike. 2. Puna e fushës elektrike. Potenciali elektrik. 3. Forca dhe dendësia aktuale. 4. Fusha magnetike. Induksioni i fushës magnetike. 5. Ligji Biot-Savart-Laplace. 6. Ligji i Amperit. Forca e Lorencit.

Ligji i Kulombit. Fuqia e fushës elektrike Fusha elektrike - formë të veçantë fushë që ekziston rreth trupave ose grimcave me ngarkesë elektrike, si dhe në formë të lirë në valët elektromagnetike Oh. Fusha elektrike është një fushë e krijuar nga një ngarkesë elektrike.

Forca e fushës elektrike është forca që vepron në një ngarkesë njësi në një fushë elektrike. [E]=V/m=N/C forca e fushës tarifë pikë

Puna në terren elektrike. Potenciali elektrik (1 – 2) = = U = A/q, =1 V Diferenca potenciale ndërmjet dy pikave të fushës është raporti i punës së bërë nga forcat e fushës kur lëviz një pikë ngarkesë pozitive nga një pikë e fushës në tjetrën, në këtë ngarkesë. Puna e forcave fushë elektrostatike

Teorikisht, potenciali konsiderohet i barabartë me zero për një kohë të pacaktuar pikat e largëta, prandaj Potencialet në pika të ndryshme mund të paraqiten qartë në formën e sipërfaqeve me të njëjtin potencial, të cilat quhen sipërfaqe ekuipotenciale.

Kapaciteti elektrik. Energjia e fushës elektrike Kapaciteti elektrik (kapacitimi) i një përcjellësi të izoluar Kondensator + d + + + - E - C=q/U C = 0 S / d

Fusha magnetike. Induksioni i fushës magnetike Krijon rreth ngarkesave lëvizëse, siç janë përçuesit me rrymë. Ky është një lloj materie përmes së cilës ushtrohet një forcë mbi ngarkesat elektrike lëvizëse të vendosura në një fushë dhe trupa të tjerë që kanë moment magnetik. Fusha magnetike karakterizohet nga një sasi vektoriale e veçantë, induksioni i fushës magnetike (B) ([B] =1 T=1 N/A).

Ku produkt vektorial, r – distanca në të cilën një fushë magnetike krijohet nga një përcjellës me rrymë I, µ 0 – konstante magnetike, µ – përshkueshmëri magnetike (µ = 1 – në vakum) µ > 1 – materiale paramagnetike (përmirësojnë pak fushën magnetike të jashtme) , µ >> 1 – feromagnetët (forcojnë fushën magnetike të jashtme), µ

AGJENCIA FEDERALE e KOMUNIKIMIT Shteti institucioni arsimor më të larta arsimi profesional

“UNIVERSITETI SHTETËROR I TELEKOMUNIKACIONIT TË SHËN PETERSBURG

ato. prof. M. A. BONCH-BRUEVICH"

FERRI. Andreev L.M. E zezë

MAGNETIZMI

SHËNIME LIGJORE

SHËN PETERSBURG

UDC 532.6 (075.8)

BBK V334ya73

Andreev, A.D.

A65 Fizikë. Magnetizmi: shënime leksioni / A.D. Andreev, L.M. E zezë; GOUVPO SPbSUT. – Shën Petersburg, 2009. – 56 f.

Përmban material teorik në seksionin “Magnetizëm” të disiplinës “Fizika”.

Projektuar për të ndihmuar studentët specialitete teknike të gjitha format e të nxënit në punë të pavarur, si dhe në përgatitje për ushtrime, kolokiume dhe provime.

UDC 537.6 (075.8)

BBK V334ya73

© Andreev A.D., Chernykh L.M., 2009

Institucioni arsimor shtetëror i arsimit të lartë profesional "Shën Petersburg universiteti shtetëror telekomunikacioni me emrin. prof. M.A. Bonch-Bruevich", 2009

HYRJE

NË 1820 Hans Christian Oersted, profesor në Universitetin e Kopenhagës, ligjëroi mbi elektricitetin, galvanizmin dhe magnetizmin. Në atë kohë, energjia elektrike quhej elektrostatikë, galvanizëm quhej fenomeni i shkaktuar nga DC të marra nga bateritë, magnetizmi është shoqëruar me vetitë e njohura xeheroret e hekurit, me një gjilpërë busull, me fushën magnetike të Tokës.

NË Në kërkim të një lidhjeje midis galvanizmit dhe magnetizmit, Oersted kreu një eksperiment duke kaluar rrymën përmes një teli të pezulluar mbi një gjilpërë busull. Kur rryma u ndez, shigjeta u largua nga drejtimi meridional. Nëse drejtimi i rrymës ndryshonte ose shigjeta vendosej mbi rrymë, ajo devijonte në drejtimin tjetër nga meridiani.

Zbulimi i Oersted ishte një stimul i fuqishëm për kërkime dhe zbulime të mëtejshme. Kaloi pak kohë dhe Ampere, Faraday dhe të tjerë kryen një studim të plotë dhe të saktë veprim magnetik rrymat elektrike. Zbulimi i fenomenit nga Faradei induksioni elektromagnetik ndodhi 12 vjet pas përvojës së Oersted. Në bazë të këtyre zbulimet eksperimentaleështë ndërtuar teoria klasike elektromagnetizmi. Maxwell i dha pamjen përfundimtare dhe formë matematikore, dhe Hertz e konfirmoi shkëlqyeshëm atë në 1888, duke provuar eksperimentalisht ekzistencën e valëve elektromagnetike.

1. FUSHA MAGNETIKE NË VAKUUM

1.1. Ndërveprimi i rrymave. Induksioni magnetik

Rrymat elektrike ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Siç tregohet

mes tyre. Ligji i ndërveprimit të rrymave u vendos eksperimentalisht nga Andre Marie Ampere në 1820.

NË në metale, ngarkesa totale e një rrjete jonike të ngarkuar pozitivisht dhe e ngarkuar negativisht elektrone të lira e barabartë me zero. Ngarkesat shpërndahen në mënyrë të barabartë në përcjellës. Kështu, nuk ka fushë elektrike rreth përcjellësit. Kjo është arsyeja pse përçuesit nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin në mungesë të rrymës.

Sidoqoftë, në prani të rrymës (lëvizje të urdhëruar media e lirë ngarkesë) ndodh një bashkëveprim midis përçuesve, i cili zakonisht quhet magnetik.

NË fizika moderne ndërveprimi magnetik rrymat interpretohet si efekt relativist, që lindin në një sistem referimi në lidhje me të cilin ka një lëvizje të urdhëruar të tarifave. Në këtë tutorial ne do të përdorim konceptin e një fushe magnetike si një veti e hapësirës që rrethon një rrymë elektrike. Ekzistenca e një fushe magnetike të një rryme manifestohet kur ndërvepron me përçues të tjerë me rrymë (ligji i Amperit), ose kur bashkëvepron me një grimcë të ngarkuar në lëvizje (forca Lorentz, nënseksioni 2.1), ose kur devijoni një gjilpërë magnetike të vendosur pranë një përcjellësi me aktuale (eksperimenti i Oerstedit).

Për të karakterizuar fushën magnetike të rrymës, ne prezantojmë konceptin e vektorit të induksionit magnetik. Për këtë, në mënyrë të ngjashme me mënyrën se si është përdorur koncepti i ngarkesës së pikës së provës gjatë përcaktimit të karakteristikave të fushës elektrostatike, kur futim vektorin e induksionit magnetik do të përdorim një qark testues me rrymë. Lëreni të jetë e mbyllur

qarku formë e lirë dhe madhësive të vogla. Aq e vogël sa në pikat ku ndodhet fusha magnetike mund të konsiderohet e njëjtë.

varet nga vetitë e fushës në një pikë të caktuar (qarku ka përmasa të vogla) dhe nga vetitë e qarkut (momenti i tij magnetik).

Në varësi të orientimit të qarkut, vlera e çift rrotullues mund të marrë çdo vlerë nga zero në maksimum M max. Siç tregon përvoja, në çdo moment M max i s, d.m.th. vlera maksimale mekanike

momenti i një çifti forcash varet nga madhësia e momentit magnetik të qarkut të provës dhe nuk mund të shërbejë si karakteristikë e fushës magnetike në pikën në studim. Raporti i momentit maksimal mekanik të një çifti forcash me momentin magnetik të qarkut të provës nuk varet nga ky i fundit dhe mund të shërbejë si karakteristikë e fushës magnetike. Kjo karakteristikë quhet induksion magnetik (induksion i fushës magnetike)

B M max. unë s

Le ta fusim si sasia vektoriale. Për drejtimin e vektorit magnetik

Induksioni B do të marrim drejtimin e momentit magnetik të qarkut të provës me rrymë, të vendosur në pikën e fushës në studim, në pozicionin ekuilibër të qëndrueshëm(pozicioni 1 në Fig. 4). Ky drejtim përkon me drejtimin e skajit verior të gjilpërës magnetike të vendosur në këtë pikë.

ku. Nga sa më sipër rezulton se B karakterizon efektin e forcës së fushës magnetike në rrymë dhe, për rrjedhojë, është një analog i forcës së fushës në elektrostatikë. Fusha e vektorit B mund të përfaqësohet duke përdorur linja magnetike

induksioni i filamentit. Në çdo pikë të vijës, vektori B drejtohet tangjent ndaj tij. Meqenëse vektori i induksionit magnetik në çdo pikë të fushës ka një drejtim të caktuar, atëherë drejtimi i linjës së induksionit magnetik është unik në secilën pikë të fushës. Rrjedhimisht, linjat e induksionit magnetik, si dhe linjat e fushës elektrike, nuk kryqëzohen. Në Fig. Figura 5 tregon disa linja të induksionit të fushës magnetike të rrymës së drejtpërdrejtë, të përshkruara në një plan

qëndrueshmëri pingul me rrymën. Ata duken si

rrathë të mbyllur me qendra në boshtin aktual.

Duhet të theksohet se linjat e fushës magnetike janë gjithmonë të mbyllura. Kjo tipar dallues fushë vorbull, në të cilën fluksi i vektorit të induksionit magnetik nëpër një sipërfaqe të mbyllur arbitrare është zero (teorema e Gausit në magnetizëm).

1.2. Ligji Biot-Savart-Laplace. Parimi i mbivendosjes në magnetizëm

Biot dhe Savard kryen një studim në 1820 për fushat magnetike të rrymave të formave të ndryshme. Ata zbuluan se induksioni magnetik në të gjitha rastet është proporcional me fuqinë e rrymës që krijon fushën magnetike. Laplace analizoi të dhënat eksperimentale të marra nga Biot dhe Savart dhe zbuloi se fusha magnetike e një rryme I të çdo konfigurimi mund të llogaritet si një shumë vektoriale (mbivendosje) e fushave të krijuara nga elemente elementare individuale.

Formula e ligjit Biot-Savart-Laplace (1.1) është shkruar në sistemin SI, në

prej të cilave konstanta 0 4107 Gnm quhet konstante magnetike.

Tashmë është vënë re se në magnetizëm, si në elektricitet, ndodh parimi i mbivendosjes së fushave, d.m.th. induksioni i fushës magnetike të krijuar

gjeneruar nga një sistem rrymash, në një pikë të caktuar të hapësirës është e barabartë me shumën vektoriale të induksioneve të fushave magnetike të krijuara në këtë pikë nga secila prej rrymave veç e veç:

1.3. Zbatimi i ligjit Biot-Savart-Laplace. Fusha magnetike e rrymës së drejtpërdrejtë

Le të shqyrtojmë një segment të rrymës së drejtpërdrejtë. Elementi aktual Idl krijon një fushë magnetike, induksioni i së cilës në pikën A (Fig. 8), sipas ligjit Biot-Savart-Laplace, gjendet me formulën:

Nga Fig. 8 rrjedh se b r sin, ku b është distanca nga rryma direkte në pikën e konsideruar A. Prandaj,

BdB. Në pikën A të gjitha dB nga të ndryshme

Elementet e segmentit të rrymës së përparme kanë të njëjtin drejtim. Madhësia e induksionit magnetik në pikën A është e barabartë me shumën algjebrike dB nga të gjithë elementët e rrymës së drejtpërdrejtë:

dl D

1.4. Zbatimi i ligjit Biot-Savart-Laplace. Fusha magnetike rrymë rrethore

Le të shqyrtojmë një përcjellës në formën e një rrethi me rreze R nëpër të cilin rrjedh rryma I (Fig. 11). Le ta ndajmë rrymën rrethore në elemente të rrymës Idl, secila prej të cilave krijon një fushë magnetike në qendër të rrymës rrethore (pika O)

dB. Sipas ligjit Biot-Savart-Laplace (1.1), duke marrë parasysh se r R, induksioni magnetik i krijuar nga elementi aktual në pikën O BdB. Në pikën për gjithçka

nga të ndryshme

elementet e rrymës rrethore kanë një

O dB

drejtim kovy. Prandaj,

B dB

2R 0 I .

4 R 2

Kështu, për induksion

fushë magnetike në qendër të rrymës rrethore

marrim

2 R.

Le të shqyrtojmë fushën magnetike të krijuar nga një rrymë rrethore në një tjetër

pikat në boshtin z (Fig. 12).

Çdo çift elementësh aktualë me madhësi të barabartë (I

i pozicionuar në mënyrë simetrike në raport me boshtin z, krijon një fushë magnetike në pikat e boshtit: dB dB 1 dB 2 (dB 1 dB 2). VectordB 1 në përputhje me

Ligji Biot–Savart–Laplace është i drejtuar pingul me rrafshin që përmban vektorët dl 1 dhe r 1 . Vektori dB 2 është i drejtuar pingul me rrafshin,

i cili përfaqësohet nga vektori dB i drejtuar përgjatë boshtit Oz. Siç vijon nga Fig. 12,

dB 2dB 1 mëkat .

Elektriciteti dhe magnetizmi.

Plot formula elektronike element

Parimet e mbushjes së orbitaleve

1. Parimi Pauli. Nuk mund të ketë dy elektrone në një atom, vlerat e të cilëve të të gjithë numrave kuantikë (n, l, m, s) do të ishin të njëjta, d.m.th. Çdo orbital mund të përmbajë jo më shumë se dy elektrone (me rrotullime të kundërta).

2. Rregulli i Kleçkovskit (parimi i energjisë më të vogël). Në gjendjen bazë, çdo elektron është rregulluar në mënyrë që energjia e tij të jetë minimale. Sa më e vogël të jetë shuma (n + l), aq më e ulët është energjia e orbitalit. Në vlera e vendosur(n + l) orbitalja me n më të vogël ka energjinë më të ulët. Energjia e orbitaleve rritet në serinë:

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

3. Rregulli i Hundit. Një atom në gjendjen bazë duhet të ketë një maksimum numri i mundshëm elektrone të paçiftuara brenda një nënniveli të caktuar.

Regjistroni që pasqyron shpërndarjen e elektroneve në një atom element kimik Nga nivelet e energjisë dhe nënnivelet quhet konfigurim elektronik këtë atom. Në gjendjen bazë (të pangacmuar) të atomit, të gjitha elektronet plotësojnë parimin minimal të energjisë. Kjo do të thotë se nënnivelet për të cilat:

1) Gjëja kryesore numër kuantik n minimale;

2) Brenda nivelit, fillimisht mbushet nënniveli s, pastaj p- dhe vetëm atëherë d- (l është minimale);

3) Mbushja ndodh në atë mënyrë që (n + l) të jetë minimale (rregulli i Klechkovsky);

4) Brenda një nënniveli, elektronet janë rregulluar në atë mënyrë që spin-i i tyre total të jetë maksimal, d.m.th. të përmbajtura numri më i madh elektrone të paçiftuara (rregulli i Hundit).

5) Gjatë plotësimit elektronik orbitalet atomike parimi Pauli është i kënaqur. Pasoja e tij është se niveli i energjisë me numër n mund të përmbajë jo më shumë se 2n 2 elektrone të vendosura në n 2 nënnivele.

Ceziumi (Cs) është në periudhën e 6-të, ka 55 elektrone ( numri serial 55) shpërndahen në 6 nivele energjetike dhe nënnivele të tyre. Duke ndjekur sekuencën e mbushjes së orbitaleve me elektrone, marrim:

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

Ngarkesat në qetësi ndërveprojnë përmes një fushe elektrike. Ky ndërveprim ruhet edhe kur ngarkesat lëvizin, por në këtë rast lind edhe ai ndërveprimi magnetik, e cila kryhet nga një fushë magnetike.

Fusha magnetike - fushë force, një nga pjesët fushë elektromagnetike, që lindin në hapësirën rreth çdo përcjellësi me rrymë dhe magnet të përhershëm. Fusha magnetike krijohet nga përçuesit me rryma, ngarkesa elektrike dhe trupa lëvizës, si dhe trupa të magnetizuar dhe një fushë elektrike alternative.

Fusha që rezulton vepron në ngarkesa dhe rryma të tjera lëvizëse. Kështu lind ndërveprimi i rrymave dhe ngarkesave lëvizëse.

Një fushë magnetike, karakteristikat e së cilës nuk ndryshojnë me kalimin e kohës quhet stacionare. Përndryshe fusha magnetike është variablat (jo stacionare).

Shfaqja e një fushe magnetike të palëvizshme pranë një përcjellësi që mbart rrymë ilustrohet nga baza Përvoja e Oersted. Në mes të shkurtit 1820, fizikani dhe profesori danez në Universitetin e Kopenhagës Hans Christian Oersted mbajti një leksion për studentët. Duke lidhur shtyllat e një baterie elektrike me një copë tel, ai kujtoi se përcjellësi është nën ndikim rrymë elektrike nxehet dhe madje mund të bëhet e kuqe e nxehtë. Sytë e dëgjuesve u ngulën në tela dhe asistenti i pedagogut i hodhi rastësisht një vështrim busullës që ndodhej aty pranë. I riu pa që gjilpëra dridhej dhe u kthye lehtë. Për këtë ai e njoftoi menjëherë profesorin. Për Oersted, fenomeni ishte një surprizë e plotë. Shkencëtari e përsëriti eksperimentin vazhdimisht, duke e çuar busullën në tela dhe zbuloi se nëse një gjilpërë magnetike që mund të rrotullohet lirshëm përreth boshti vertikal, i vendosur nën një përcjellës të drejtë me rrymë të vazhdueshme, më pas ai rrotullohet, duke u përpjekur të pozicionohet pingul me përcjellësin me rrymë. Sa më saktë që shigjeta të përkojë me këtë drejtim, aq më shumë 1) më shumë fuqi aktuale; 2) gjuajtësi është më afër përcjellësit; 3) ndikim më të dobët Fusha magnetike e Tokës. Ndryshimi i drejtimit të rrymës bëri që shigjeta të kthehej në drejtim të kundërt.

Oersted vërtetoi se nga dy llojet e energjisë elektrike të njohura në atë kohë - statike dhe e lëvizshme - vetëm kjo e fundit lidhet me magnetizmin. Forca që vepron mbi pol magnetik shigjeta doli të mos ishte e drejtuar përgjatë vektorit të rrezes që lidh polin magnetik të shigjetës me telin. Kjo nuk përshtatej në kuadrin e mekanikës Njutoniane, për të cilën ishin të njohura vetëm forcat radiale.

Fusha që rezulton prek të tjerët ngarkesat lëvizëse dhe rrymat ( vepron vetëm në lëvizjen e ngarkesave elektrike!) – ndodh ndërveprimi ndërmjet rrymave dhe ngarkesave lëvizëse. Rrymat e drejtuara në mënyrë identike tërhiqen, rrymat e kundërta zmbrapsen. Trupat e magnetizuar ndikohen nga një fushë magnetike pavarësisht nëse janë në lëvizje apo të palëvizshme.

Prania e fushës magnetike është zbuluar nga veprimi i forcës mbi përçuesit me rrymë ose magnetët e përhershëm të futur në të. Natyra e ndikimit varet nga: forma të një përcjellësi që mban rrymë; vendndodhja e përcjellësit; drejtimi i rrymës.

Kur studiohet një fushë magnetike, përdoret një qark i mbyllur i sheshtë me rrymë (kornizë me rrymë), përmasat e të cilit janë të vogla në krahasim me distancën me rrymat që formojnë fushën magnetike. Korniza përjeton një veprim orientues të fushës (d.m.th., një palë forcash veprojnë mbi të në një fushë magnetike).

Forca e rrotullimit ose (ku këndi ndërmjet vektorëve dhe ) varet nga

vetitë e fushës në një pikë të caktuar: - vektori i induksionit magnetik (vektori i induksionit të fushës magnetike) – karakteristikë e fuqisë fushë magnetike. Koncepti i është prezantuar në bazë të një prej tre fakte të përjetuara:

a) efekti orientues i një fushe magnetike në një kornizë rryme,

b) devijimi i një përcjellësi që mbart rrymë në një fushë magnetike,

c) devijimi i një rrezeje grimcash të ngarkuara elektrike që lëvizin në një fushë magnetike.

Përcaktuar nga ligji i Amperit dhe nga shprehja për forcën e Lorencit. Është analoge me vektorin e forcës së fushës elektrostatike.

nga vetitë e kornizës: vektori i momentit magnetik të kornizës me rrymë. Për një qark të sheshtë me rrymëUnë: , në formë skalare - , ku S- sipërfaqja e konturit (korniza), - vektor njësi normale me sipërfaqen e kornizës; drejtimi përkon me drejtimin e normales. Se. vektorët dhe janë pingul me rrafshin e konturit dhe janë të orientuar ashtu që nga skajet e vektorëve dhe rryma duket se rrjedh në të kundërt të akrepave të orës. Nëse qarku përbëhet nga kthesa, atëherë .

Drejtimi i vektorëve dhe përcaktohet rregulli i vidës së djathtë (rregulli i gimletit): nëse doreza e një gjilpëre me një fije të djathtë rrotullohet në drejtim të rrymës në qark (në një kornizë me rrymë), atëherë drejtimi i vektorëve do të përkojë me drejtimin e lëvizjes së majës së gimlet.

Problemi 1. Një mbështjellje teli me diametër 20 cm vendoset në një fushë magnetike uniforme, induksioni i së cilës është 10 -3 T. Kur një rrymë prej 2 A kalon nëpër bobina, spiralja rrotullohet me 90 0 . Çfarë momenti i forcës ka vepruar në spiralen?

Jepet: Zgjidhja:

Moduli i momentit të forcës që vepron në një spirale me rrymë në një fushë magnetike, , ku . Sepse , Se ,

Përgjigje: .

Fusha magnetike quhet homogjene, nëse vektorët në të gjitha pikat e tij janë identikë në madhësi dhe drejtim. Përndryshe thirret fusha heterogjene.

Induksioni magnetik në këtë pikë homogjene fusha magnetike përcaktohet nga çift rrotullimi maksimal që vepron në kornizë me një moment magnetik të barabartë me 1, kur normalja me kornizën është pingul me drejtimin e fushës: , d.m.th. Linjat e induksionit magnetik shtrihen në rrafshin e kornizës, dhe momenti i tij magnetik drejtohet pingul me linjat e induksionit. Në këtë pozicion, korniza me rrymë do të jetë brenda ekuilibër i paqëndrueshëm. Pozicioni i qëndrueshëm i kornizës me rrymë ose ndonjë qark të mbyllur me rrymë do të jetë kur rrafshi i kornizës është pingul me vijat e induksionit, dhe vektori i momentit magnetik të kornizës është paralel me vijat e induksionit.

Njësia: tesla (T). Në një fushë magnetike uniforme me një induksion prej 1 T, një forcë prej 1 N vepron për 1 m gjatësi të një teli të drejtë pingul me vektorin, përmes të cilit rrjedh një rrymë prej 1 A: , nga këtu.

Fusha magnetike mund të vizualizohet duke përdorur linjat e fushës magnetike (linjat e induksionit të fushës magnetike). Këto vija ndërtohen në të njëjtën mënyrë si linjat e fushës elektrike: tangjentja me vijën e fushës në secilën pikë përkon me drejtimin e vektorit dhe dendësia e vijave është proporcionale me madhësinë e vektorit në një pikë të caktuar në fushë. Linjat e induksionit magnetik mund të "zbulohen" duke përdorur fije hekuri, të cilat magnetizohen në fushën në studim dhe sillen si gjilpëra të vogla magnetike.

Fusha magnetike rrymë e drejtpërdrejtë(përçuesi i drejtë me rrymë) përshkruhet nga rrathë me qendra në boshtin e përcjellësit, të shtrirë në një plan pingul me boshtin e tij. Drejtimi i fushës magnetike të një rryme të tillë mund të përcaktohet:

1. sipas rregullit të gjilpërës - rrotullimi i dorezës së gjilpërës do të tregojë drejtimin e vijave të fushës;

2. nëse shikoni në drejtim të rrymës, linjat e fushës do të drejtohen në drejtim të akrepave të orës; nëse shikoni drejt rrymës - në drejtim të kundërt të akrepave të orës.

Të njëjtat metoda ju lejojnë të gjeni drejtimin e fushës së një rryme rrethore ose solenoid. Fusha magnetike e një spirale të rrymës (solenoid) është si të kënduarit magnet i përhershëm. Linjat e fushës magnetike janë gjithmonë të mbyllura.(Ato gjithashtu mund të fillojnë dhe të përfundojnë në pafundësi.) Kështu ndryshojnë nga linjat e fushës elektrike, të cilat gjithmonë fillojnë dhe mbarojnë me ngarkesa elektrike ose shkojnë në pafundësi. Ndryshe nga një fushë elektrostatike, një fushë magnetike nuk është potenciale. Fusha jo potencial quhet fushë vorbull.

n1.doc

MAGNETIZMI

Libër shkollor elektronik i fizikës

KSTU-KKhTI. Departamenti i Fizikës. Starostina I.A., Kondratyeva O.I., Burdova E.V.
Për të lëvizur nëpër tekst tekst elektronik mund të përdoret:

Shtypja me 1 tast PgDn, PgUp,,  për të lëvizur ndërmjet faqeve dhe rreshtave;

2- duke klikuar butonin e majtë të miut mbi të zgjedhurin teksti për të shkuar në seksionin e kërkuar;

3- Klikoni me të majtën në ikonën e theksuar @ për të shkuar te tabela e përmbajtjes.
TABELA E PËRMBAJTJES

MAGNETIZMI

MAGNETIZMI

1. BAZAT E MAGNETOSTATIKËS. FUSHA MAGNETIKE NË VAKUUM

1.1. Fusha magnetike dhe karakteristikat e saj.@

1.2. Ligji i Amperit.@

1.3. Ligji Biot-Savart-Laplace dhe zbatimi i tij në llogaritjen e fushës magnetike. @

1.4. Ndërveprimi i dy përçuesit paralelë me rrymë. @

1.5. Efekti i një fushe magnetike në një grimcë të ngarkuar në lëvizje. @

1.6. Ligji i rrymës totale për një fushë magnetike në vakum (teorema mbi qarkullimin e vektorit B). @

1.7. Fluksi i vektorit të induksionit magnetik. Teorema e Gausit për fushën magnetike. @

1. 8. Korniza me rrymë në një fushë magnetike uniforme. @

2. FUSHA MAGNETIKE NË LËSHTJE. @

2.1. Momentet magnetike të atomeve. @

2.2. Atomi në një fushë magnetike. @

2.3. Magnetizimi i një lënde. @

2.4. Llojet e magneteve. @

2.5. Diamagnetizmi. Diamagnetet. @

2.6. Paramagnetizmi. Materialet paramagnetike. @

2.7. Ferromagnetizmi. Ferromagnetët. @

2.8. Struktura e domenit të feromagneteve. @

2.9. Antiferromagnetet dhe ferritet. @

3. FENOMENI I INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK. @

3.1. Ligji themelor i induksionit elektromagnetik. @

3.2. Fenomeni i vetë-induksionit. @

3.3. Fenomeni i induksionit të ndërsjellë. @

3.4. Energjia e fushës magnetike. @

4. EKUACIONET E MAXWELLIT. @

4.1. Teoria e Maxwell për fushën elektromagnetike. @

4.2. Ekuacioni i parë i Maksuellit. @

4.3. Rryma e paragjykimit. @

4.4. Ekuacioni i dytë i Maksuellit. @

4.5. Sistemi i ekuacioneve të Maksuellit në formë integrale. @

4.6. Fusha elektromagnetike. Valët elektromagnetike. @

MAGNETIZMI

Magnetizmi- një degë e fizikës që studion ndërveprimin midis rrymave elektrike, midis rrymave dhe magneteve (trupa me moment magnetik) dhe midis magneteve.

Për një kohë të gjatë, magnetizmi konsiderohej një shkencë plotësisht e pavarur nga elektriciteti. Megjithatë, një numër zbulimet më të rëndësishme Në shekujt 19 dhe 20, A. Ampera, M. Faraday dhe të tjerë vërtetuan lidhjen midis fenomeneve elektrike dhe magnetike, gjë që bëri të mundur shqyrtimin e doktrinës së magnetizmit. pjesë përbërëse mësime rreth energjisë elektrike.

1. BAZAT E MAGNETOSTATIKËS. FUSHA MAGNETIKE NË VAKUUM

1.1. Fusha magnetike dhe karakteristikat e saj. @

Eksperimente të shumta fillimi i XIX shekuj kanë treguar se çdo përçues rrymë-bartës dhe magnet i përhershëm është i aftë të ushtrojë një forcë përmes hapësirës mbi përçuesit ose magnetët e tjerë me rrymë. Kjo ndodh për shkak të faktit se një fushë lind rreth përçuesve dhe magnetëve me rrymë, e cila është quajtur magnetike.

Për të studiuar fushën magnetike, përdoret një gjilpërë e vogël magnetike, e varur në një fije ose e balancuar në një majë (Fig. 1.1). Në secilën pikë të fushës magnetike, do të jetë një shigjetë e vendosur në mënyrë arbitrare
Fig.1.1. Drejtimi i fushës magnetike
kthehu në një drejtim të caktuar. Kjo ndodh për faktin se në çdo pikë të fushës magnetike një çift rrotullues vepron në gjilpërë, e cila tenton të pozicionojë boshtin e saj përgjatë fushës magnetike. Boshti i një shigjete është segmenti që lidh skajet e saj.

Le të shqyrtojmë një sërë eksperimentesh që bënë të mundur përcaktimin e vetive themelore të fushës magnetike:

Në bazë të këtyre eksperimenteve, u arrit në përfundimin se fusha magnetike krijohet vetëm nga lëvizja e ngarkesave ose lëvizja e trupave të ngarkuar, si dhe magnetet e përhershme. Kjo e bën fushën magnetike të ndryshme nga fusha elektrike, e cila krijohet si nga lëvizja ashtu edhe tarifat stacionare dhe prek njërën dhe tjetrën.

Karakteristika kryesore e një fushe magnetike është vektori i induksionit magnetik . Drejtimi i induksionit magnetik në një pikë të caktuar të fushës merret si drejtimi përgjatë të cilit ndodhet boshti i gjilpërës magnetike në një pikë të caktuar nga S në N (Fig. 1.1). Grafikisht, fushat magnetike përfaqësohen nga linjat e induksionit magnetik, domethënë kthesa, tangjentet e të cilave në secilën pikë përkojnë me drejtimin e vektorit B.

Këto vija të forcës mund të shihen duke përdorur tallash hekuri: për shembull, nëse i shpërndani filetat rreth një përcjellësi të gjatë të drejtë dhe kaloni një rrymë përmes tij, tallashja do të sillet si magnete të vegjël, të pozicionuar përgjatë linjat e energjisë fushë magnetike (Fig. 1.2).

Si të përcaktohet drejtimi i një vektori pranë një përcjellësi që mbart rrymë? Kjo mund të bëhet duke përdorur rregullin dora e djathtë, e cila është ilustruar në Fig. 1.2. Gishti i madh dora e djathtë është e orientuar në drejtim të rrymës, pastaj gishtat e mbetur në një pozicion të përkulur tregojnë drejtimin e linjave të fushës magnetike. Në rastin e paraqitur në Fig. 1.2, vijat janë rrathë koncentrikë. Linjat vektoriale të induksionit magnetik janë gjithmonë mbyllur dhe mbulojnë përcjellësin me rrymë. Kështu ndryshojnë nga linjat e fushës elektrike, të cilat fillojnë në pozitive dhe përfundojnë në ngarkesa negative, d.m.th. hapur. Linjat e induksionit magnetik të një magneti të përhershëm largohen nga një pol, i quajtur veriu (N) dhe hyjnë në tjetrin, në jug (S) (Fig. 1.3a). Në fillim duket se ka një analogji të plotë me linjat e fuqisë së fushës elektrike E, me polet e magneteve që luajnë rolin. ngarkesat magnetike. Sidoqoftë, nëse preni një magnet, fotografia ruhet, ju merrni magnet më të vegjël me polet e tyre veriore dhe jugore, d.m.th. është e pamundur të ndahen polet, sepse ka ngarkesa magnetike të lira, ndryshe nga ngarkesat elektrike, nuk ekziston në natyrë. U zbulua se ka një fushë magnetike brenda magneteve dhe linjat e induksionit magnetik të kësaj fushe janë vazhdimësi e vijave të induksionit magnetik jashtë magnetit, d.m.th. mbyllni ato. Ashtu si një magnet i përhershëm, fusha magnetike e një solenoidi është një spirale prej teli të hollë të izoluar me një gjatësi shumë më të madhe se diametri nëpër të cilin rrjedh rryma (Fig. 1.3b). Fundi i solenoidit, nga i cili shihet rryma në spirale që rrjedh në drejtim të kundërt të akrepave të orës, përkon me poli verior magnet, tjetri - me jugun. Induksioni magnetik në sistemin SI matet në N/(A∙m), kësaj vlere i jepet një emër i veçantë - tesla.

ME sipas supozimit fizikan francez A. Amperi, hekuri i magnetizuar (në veçanti, gjilpërat e busullës) përmban ngarkesa në lëvizje të vazhdueshme, d.m.th. rryma elektrike në shkallë atomike. Rryma të tilla mikroskopike, të shkaktuara nga lëvizja e elektroneve në atome dhe molekula, ekzistojnë në çdo trup. Këto mikrorryma krijojnë fushën e tyre magnetike dhe mund të rrotullohen vetë fushat e jashtme krijuar nga përcjellësit që bartin rrymë. Për shembull, nëse një përcjellës me rrymë vendoset pranë një trupi, atëherë nën ndikimin e fushës magnetike të tij mikrorrymat në të gjithë atomet orientohen në një mënyrë të caktuar, duke krijuar një fushë magnetike shtesë në trup. Amperi nuk mund të thoshte asgjë për natyrën dhe karakterin e këtyre mikrorrymave në atë kohë, pasi doktrina e strukturës së materies ishte ende në fazën e saj fillestare. Hipoteza e Amperit u konfirmua shkëlqyeshëm vetëm 100 vjet më vonë, pas zbulimit të elektronit dhe sqarimit të strukturës së atomeve dhe molekulave.

Fushat magnetike që ekzistojnë në natyrë ndryshojnë në shkallë dhe në efektet që ato shkaktojnë. Fusha magnetike e Tokës, e cila formon magnetosferën e Tokës, shtrihet në një distancë prej 70 - 80 mijë km në drejtim të Diellit dhe shumë miliona kilometra në drejtim të kundërt. Në hapësirën afër Tokës, fusha magnetike formon një kurth magnetik për grimcat e ngarkuara energjitë e larta. Origjina e fushës magnetike të Tokës është e lidhur me lëvizjet e përcjellësit substancë e lëngshme V bërthama e tokës. Nga planetët e tjerë sistemi diellor vetëm Jupiteri dhe Saturni kanë fusha magnetike të dukshme. Fusha magnetike e Diellit luan rol jetik në të gjitha proceset që ndodhin në Diell - ndezjet, shfaqja e njollave dhe spikatjeve, lindja e diellit rrezet kozmike.

Fusha magnetike përdoret gjerësisht në industri të ndryshme industria, veçanërisht kur pastrohet mielli në furra buke nga papastërtitë metalike. Sifters speciale të miellit janë të pajisura me magnet që tërheqin copa të vogla hekuri dhe përbërjet e tij që mund të përmbahen në miell.

Tema e mësimit: MAGNETIZMI DHE ELEKTROMAGNETIZMI

Studenti duhet:

di: ligjet bazë të inxhinierisë elektrike, materialet elektrike

të jetë në gjendje të: zbatojnë ligjet e inxhinierisë elektrike.

Objektivi i mësimit:

Edukative: studioni ligjet e inxhinierisë elektrike, vetitë e materialeve elektrike, duke përdorur literaturë edukative dhe referuese

Zhvillimore : zhvillojnë aftësitë punë e pavarur; zhvillojnë aftësinë për të analizuar dokumentacionin e punës; organizoni, vlerësoni dhe rregulloni aktivitetet tuaja; Jini përgjegjës për rezultatet e punës suaj; kërkoni për informacion.

Edukative: kultivoni përgjegjësinë, punën e palodhur, saktësinë.

Ecuria e mësimit:

Shpjegimi i materialit të ri

Magnetët dhe vetitë e tyre

Magnetizmi - Kjo manifestim i veçantë lëvizja e ngarkesave elektrike brenda atomeve dhe molekulave, e cila manifestohet në faktin se disatrupat janë në gjendje të tërheqin dhe mbajnë grimcat metalike . Këta trupa quhen magnetikë.

Në varësi të qëllimit, jepen magnet formë të ndryshme: drejtkëndëshe, rombike, e rrumbullakët etj.Magnet çdo formëka dy pole - veri ( N ) dhe jugore ( S ).

Një fushë magnetike lind rreth çdo trupi të magnetizuar, që është mjedisi material, në të cilën zbulohet veprimi forcat magnetike. Në figura, fusha magnetike është paraqitur si vijat magnetike, drejtuar nga poli verior në jug (Fig. 1). Çdo vijë magnetike nuk ka as fund e as fillim dhe është një kurbë e mbyllur, që nga veriu dhe polet e jugut magnetet janë të pandashëm nga njëri-tjetri.

Oriz. 26. Fusha magnetike e një magneti të përhershëm

Kur një trup futet në një fushë magnetike, ai depërtohet nga linja magnetike, të cilat ndikojnë në fushë në një mënyrë të caktuar. Në të njëjtën kohë materiale të ndryshme ndikojnë ndryshe në fushën magnetike.

Në varësi të pozicioni relativ Fushat magnetike mund të shtojnë ose zbresin. Në rastin e parë, atomi do të ketë një fushë magnetike ose moment magnetik, por në të dytën nuk do të ketë.

Diamagnetike Materialet janë materiale atomet e të cilave nuk kanë një moment magnetik dhe që nuk mund të magnetizohen Këto përfshijnë shumicën dërrmuese të substancave që gjenden në natyrë dhe disa metale (bakri, plumbi, zinku, argjendi dhe të tjerët).

Paramagnetike materialet janë materiale atomet e të cilave kanë një moment të caktuar magnetik dhe mund të magnetizohen.Këtu përfshihen alumini, kallaji, mangani, etj.

F Eromagnetike materiale janë ato atomet e të cilëve kanë një moment të madh magnetik dhe janë lehtësisht të magnetizueshëm. Materiale të tilla përfshijnë hekurin, çelikun, gize, nikelin, kobaltin, gadoliniumin dhe lidhjet e tyre.

Fusha magnetike e rrymës elektrike

Një fushë magnetike formohet rreth një përcjellësi që mban rrymë. Kjo mund të verifikohet lehtësisht duke kryer eksperimentin e mëposhtëm. Një përcjellës i drejtë futet në vrimën e një fletë kartoni të vendosur horizontalisht dhe rryma kalon nëpër të. Hidheni mbi karton tallash hekuri dhe sigurohuni që ato të jenë të vendosura në rrathë koncentrikë që kanë qendër e përbashkët në pikën ku përcjellësi kalon fletën e kartonit (Fig. 27, A).

Një gjilpërë magnetike e varur në një fije pranë këtij përcjellësi do të marrë pozicionin e treguar në figurë. Kur drejtimi i rrymës në përcjellës ndryshon, gjilpëra magnetike do të rrotullohet përmes një këndi prej 180°.

Në varësi të drejtimit të rrymës në përcjellës, drejtimi i linjave magnetike të fushës magnetike që gjeneron përcaktohet nga rregulli i gimletit, i cili formulohet si më poshtë:

Nëse lëvizje përpara gimlet përkon me drejtimin e rrymës në përcjellës, atëherë lëvizje rrotulluese doreza e saj tregon drejtimin e vijave të fushës magnetike të formuara rreth këtij përcjellësi .

Nëse një rrymë kalon përmes një teli të përkulur në një unazë, atëherë nën ndikimin e saj do të lindë edhe një fushë magnetike. Një tel i përkulur spirale dhe i përbërë nga disa kthesa të rregulluara në mënyrë që boshtet e tyre të përkojnë (Fig. 27, b) quhetsolenoid . Kur rryma kalon nëpër mbështjelljen e solenoidit ose një rrotullim teli, një fushë magnetike ngacmohet. Drejtimi i kësaj fushe përcaktohet edhe nga rregulli i gimletit. Nëse e poziciononi boshtin e gjilpërës pingul me rrafshin e përcjellësit të unazës ose përgjatë boshtit të solenoidit dhe e rrotulloni dorezën e tij në drejtim të rrymës, atëherë lëvizja përkthimore e kësaj gemle do të tregojë drejtimin e linjave të fushës magnetike të unazës ose solenoidit.

Fusha magnetike e ngacmuar nga rryma në mbështjelljen e solenoidit është e ngjashme me fushën magnetike të një magneti të përhershëm, d.m.th., fundi i solenoidit nga i cili dalin linjat magnetike është poli i tij verior, dhe skaji i kundërt është poli i tij jugor.

Drejtimi i fushës magnetike varet nga drejtimi i rrymës dhe kur ndryshon drejtimi i rrymës përcjellës i drejtë ose në bobina do të ndryshojë edhe drejtimi i vijave të fushës magnetike të ngacmuara nga kjo rrymë.

Në një fushë magnetike uniforme, në të gjitha pikat fusha ka të njëjtin drejtim dhe të njëjtin intensitet. Përndryshe, fusha quhet johomogjene. Grafikisht, përshkruhet një fushë magnetike uniforme vija paralele me të njëjtën densitet, për shembull, në hendekun "ajror" midis dy poleve paralele të kundërta të një magneti.

Pyetje sigurie për të konsoliduar dhe përmbledhur materialin:

Çfarë janë magnetët?

Çfarë veti kanë materialet magnetike?

Si të përcaktohet drejtimi i fushës magnetike të ngacmuar rreth një përcjellësi që mbart rrymë?

Bëni punën:

Vizatoni në mënyrë skematike fushën magnetike dhe drejtimin e vijave të fushës magnetike të një përcjellësi që mbart rrymë.