Elektrik akımı taşıyan düz bir iletkene manyetik bir iğne getirirseniz, iletkenin ekseninden geçen düzleme ve iğnenin dönme merkezine dik olma eğiliminde olacaktır. Bu, özel kuvvetlerin ok üzerinde hareket ettiğini gösterir. manyetik kuvvetler. Manyetik alan, manyetik iğne üzerindeki etkisinin yanı sıra, manyetik alan içinde yer alan hareketli yüklü parçacıkları ve akım taşıyan iletkenleri de etkiler. Manyetik bir alanda hareket eden iletkenlerde veya alternatif bir manyetik alanda bulunan sabit iletkenlerde endüktif bir emisyon meydana gelir. d.s.
|
Yukarıdakilere göre verebiliriz aşağıdaki tanım manyetik alan.
İki taraftan birine manyetik alan denir elektromanyetik alan, heyecanlı elektrik ücretleri hareketli parçacıklar ve değişiklikler Elektrik alanı ve hareketli yüklü parçacıklar ve dolayısıyla elektrik akımları üzerindeki kuvvet etkisi ile karakterize edilir.
Kalın bir iletkeni kartondan geçirirseniz ve içinden bir elektrik akımı geçirirseniz, kartonun üzerine dökülen çelik talaşları iletkenin etrafında eşmerkezli daireler halinde yerleştirilecektir. bu durumda sözde manyetik indüksiyon hatları (Şekil 78). Kartonu iletken üzerinde yukarı veya aşağı hareket ettirebiliriz ancak çelik talaşların yeri değişmeyecektir. Sonuç olarak, iletkenin etrafında tüm uzunluğu boyunca bir manyetik alan ortaya çıkar.
Küçük olanları kartona koyarsanız manyetik iğneler ardından iletkendeki akımın yönünü değiştirerek manyetik iğnelerin döneceğini görebilirsiniz (Şek. 79). Bu, manyetik indüksiyon hatlarının yönünün iletkendeki akımın yönüne göre değiştiğini gösterir.
Akım taşıyan bir iletkenin etrafındaki manyetik indüksiyon hatları aşağıdaki özellikler: 1) manyetik indüksiyon hatları düz iletken eşmerkezli daire şeklindedir; 2) iletkene ne kadar yakın olursa, manyetik indüksiyon hatları o kadar yoğun olur; 3) manyetik indüksiyon (alan yoğunluğu) iletkendeki akımın büyüklüğüne bağlıdır; 4) manyetik indüksiyon hatlarının yönü iletkendeki akımın yönüne bağlıdır.
|
Akım taşıyan bir iletken etrafındaki manyetik indüksiyon hatlarının yönü “gimlet kuralı” ile belirlenebilir. Sağ dişli bir jilet (tirbuşon) akım yönünde öteleme olarak hareket ederse, sapın dönme yönü iletken etrafındaki manyetik indüksiyon hatlarının yönüyle çakışacaktır (Şekil 81),
Akım taşıyan bir iletkenin alanına yerleştirilen manyetik bir iğne, manyetik indüksiyon hatları boyunca bulunur. Bu nedenle konumunu belirlemek için “jimlet kuralını” da kullanabilirsiniz (Şek. 82). Manyetik alan, elektrik akımının en önemli göstergelerinden biridir ve
Akımdan bağımsız ve ayrı olarak elde edilir. Bir manyetik alan, manyetik indüksiyon vektörü ile karakterize edilir ve dolayısıyla uzayda belirli bir büyüklüğe ve belirli bir yöne sahiptir.
|
Deneysel verilerin genelleştirilmesinin bir sonucu olarak manyetik indüksiyon için niceliksel bir ifade Biot ve Savart tarafından oluşturulmuştur (Şekil 83). Manyetik iğnenin sapması ile elektrik akımlarının manyetik alanlarının ölçülmesi çeşitli boyutlar ve şekli, her iki bilim adamı da her akım elemanının kendisinden belirli bir mesafede bir manyetik alan yarattığı, bunun manyetik indüksiyonunun AB'nin bu elemanın uzunluğu A1, akan akımın büyüklüğü I, ile doğru orantılı olduğu sonucuna vardı. Akımın yönü ile ilgilenilen alan noktasını belirli bir akım elemanına bağlayan yarıçap vektörü arasındaki a açısının sinüsü ve bu yarıçap vektörünün r uzunluğunun karesiyle ters orantılıdır:
Henry (h) - endüktans birimi; 1 gn = 1 ohm sn.
- bağıl manyetik geçirgenlik - belirli bir malzemenin manyetik geçirgenliğinin boşluğun manyetik geçirgenliğinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren boyutsuz bir katsayı. Manyetik indüksiyonun boyutu aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:
Volt-saniye Weber (vb) olarak da adlandırılır:
|
Pratikte, daha küçük bir manyetik indüksiyon birimi vardır - Gauss (gs):
Biot ve Savart yasası sonsuz uzunlukta düz bir iletkenin manyetik indüksiyonunu hesaplamamıza olanak tanır:
iletkenden belirlendiği noktaya kadar olan mesafe nerede
Manyetik indüksiyon. Manyetik indüksiyonun ürüne oranı manyetik geçirgenlikler manyetik alan kuvveti denir ve H harfi ile gösterilir:
Son denklem ikisini ilişkilendirir manyetik miktarlar: indüksiyon ve manyetik alan kuvveti. H boyutunu bulalım:
Bazen başka bir gerilim birimi kullanırlar - oersted (er):
1 er = 79,6 a/m = 0,796 a/cm.
Manyetik alan kuvveti H, manyetik indüksiyon B gibi bir vektör miktarıdır.
Her noktası manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan teğet bir çizgiye manyetik indüksiyon çizgisi veya manyetik indüksiyon çizgisi denir.
Manyetik indüksiyonun çarpımı ve alanın büyüklüğü, yöne dik alan (manyetik indüksiyon vektörü), manyetik indüksiyon vektörünün akısı veya basitçe manyetik akı olarak adlandırılır ve F harfi ile gösterilir:
Boyut manyetik akı:
yani manyetik akı volt-saniye veya weber cinsinden ölçülür. Manyetik akının daha küçük bir birimi maxwell'dir (μs):
1 ağırlık = 108 µs. 1 μs = 1 gf cm2.
Temalar Birleşik Devlet Sınavı kodlayıcısı : Mıknatısların etkileşimi, bir iletkenin akımla manyetik alanı.
Maddenin manyetik özellikleri insanlar tarafından uzun zamandır bilinmektedir. Mıknatıslar isimlerini nereden alıyor? Antik şehir Magnezya: bir mineral (daha sonra adlandırıldı) manyetik demir cevheri veya manyetit), parçaları demir nesneleri çekiyordu.
Mıknatıs etkileşimi
Her mıknatısın iki tarafında Kuzey Kutbu Ve Güney Kutbu. İki mıknatıs birbirine zıt kutuplar tarafından çekilir ve benzer kutuplar tarafından itilir. Mıknatıslar boşlukta bile birbirlerine etki edebilirler! Ancak tüm bunlar elektrik yüklerinin etkileşimine benziyor mıknatısların etkileşimi elektriksel değildir. Bu, aşağıdaki deneysel gerçeklerle kanıtlanmıştır.
Mıknatıs ısındıkça manyetik kuvvet zayıflar. Etkileşimin gücü puan ücretleri sıcaklıklarına bağlı değildir.
Mıknatıs sallanırsa manyetik kuvvet zayıflar. Elektrik yüklü cisimlerde böyle bir şey olmaz.
Pozitif elektrik yükleri negatif olanlardan ayrılabilir (örneğin, cisimlere elektrik verilirken). Ancak bir mıknatısın kutuplarını ayırmak imkansızdır: Bir mıknatısı iki parçaya keserseniz, kesilen yerde kutuplar da görünür ve mıknatıs, uçlarında zıt kutuplara sahip (tamamen aynı yönde yönlendirilmiş) iki mıknatısa bölünür. orijinal mıknatısın kutupları gibi).
Yani mıknatıslar Her zaman bipolar, sadece formda varlar dipoller. İzole edilmiş manyetik kutuplar manyetik tek kutuplar - elektrik yükünün analogları) doğada mevcut değildir (her durumda, henüz deneysel olarak keşfedilmemiştir). Bu belki de elektrik ve manyetizma arasındaki en etkileyici asimetridir.
Elektrik yüklü cisimler gibi mıknatıslar da elektrik yüklerine etki eder. Ancak mıknatıs yalnızca hareketlişarj; yük mıknatısa göre hareketsizse, manyetik kuvvetin yük üzerindeki etkisi gözlenmez. Aksine, elektrikli bir cisim, hareketsiz veya hareket halinde olmasına bakılmaksızın, herhangi bir yüke göre hareket eder.
İle modern fikirler kısa menzil teorisi, mıknatısların etkileşimi yoluyla gerçekleştirilir manyetik alan Yani bir mıknatıs, çevredeki alanda, başka bir mıknatısa etki eden ve bu mıknatısların görünür bir şekilde çekilmesine veya itilmesine neden olan bir manyetik alan oluşturur.
Bir mıknatıs örneği manyetik iğne pusula. Manyetik bir iğne kullanarak, alanın belirli bir bölgesinde manyetik alanın varlığının yanı sıra alanın yönünü de değerlendirebilirsiniz.
Gezegenimiz Dünya dev bir mıknatıstır. Kuzeyden çok uzak değil coğrafi kutup Dünyanın manyetik güney kutbu bulunur. Bu nedenle pusula ibresinin kuzey ucu güneye dönerek manyetik kutup Dünya, coğrafi kuzeyi gösterir. Mıknatısın “kuzey kutbu” adı buradan gelmektedir.
Manyetik alan çizgileri
Hatırlayacağımız gibi, elektrik alanı, alanın büyüklüğünü ve yönünü yargılayabilen etkiye göre küçük test yükleri kullanılarak incelenir. Manyetik alan durumunda test yükünün analogu küçük bir manyetik iğnedir.
Örneğin, biraz alabilirsiniz geometrik gösterim yerleştirildiğinde manyetik alan hakkında farklı noktalar boşluk çok küçük pusula okları. Deneyimler okların aynı hizada olacağını gösteriyor belirli çizgiler-Lafta manyetik alan çizgileri. Bu kavramı formda tanımlayalım sonraki üç puan.
1. Manyetik alan çizgileri veya manyetik kuvvet çizgileri, uzayda aşağıdaki özelliklere sahip yönlendirilmiş çizgilerdir: Böyle bir çizginin her noktasına yerleştirilen küçük bir pusula iğnesi, bu çizgiye teğet olarak yönlendirilir..
2. Manyetik alan çizgisinin yönü, bu çizgi üzerindeki noktalarda bulunan pusula iğnelerinin kuzey uçlarının yönü olarak kabul edilir..
3. Çizgiler ne kadar yoğun olursa, uzayın belirli bir bölgesindeki manyetik alan o kadar güçlü olur..
Demir talaşları başarılı bir şekilde pusula iğnesi görevi görebilir: manyetik bir alanda küçük talaşlar mıknatıslanır ve tam olarak manyetik iğneler gibi davranır.
Yani döktükten sonra demir talaşı kalıcı bir mıknatısın etrafında, manyetik alan çizgilerinin yaklaşık olarak aşağıdaki resmini göreceğiz (Şekil 1).
Pirinç. 1. Kalıcı mıknatıs alanı
Bir mıknatısın kuzey kutbu mavi renk ve harfle gösterilir; güney kutbu - kırmızı ve harf. Alan çizgilerinin mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güney kutbuna girdiğini lütfen unutmayın: sonuçta pusula iğnesinin kuzey ucu mıknatısın güney kutbuna doğru yönlendirilecektir.
Oersted'in deneyimi
Elektrik ve manyetik olgular antik çağlardan beri insanlar tarafından bilinmesine rağmen aralarında bir ilişki yoktur. uzun zamandır gözlemlenmedi. Birkaç yüzyıl boyunca elektrik ve manyetizma araştırmaları paralel ve birbirinden bağımsız olarak ilerledi.
O harika gerçek Elektrik ve manyetik olayların aslında birbiriyle ilişkili olduğu ilk kez 1820'de Oersted'in ünlü deneyinde keşfedildi.
Oersted deneyinin diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 2 (rt.mipt.ru sitesinden resim). Manyetik iğnenin üstünde (iğnenin kuzey ve güney kutupları vardır) bir akım kaynağına bağlı metal bir iletken vardır. Devreyi kapatırsanız ok iletkene dik olarak döner!
Bu basit deney, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi doğrudan gösterdi. Oersted'in deneyini takip eden deneyler aşağıdaki modeli kesin olarak ortaya koydu: manyetik alan oluşturulur elektrik akımları ve akımlara etki eder.
Pirinç. 2. Oersted'in deneyi
Akım taşıyan bir iletken tarafından oluşturulan manyetik alan çizgilerinin düzeni, iletkenin şekline bağlıdır.
Akım taşıyan düz telin manyetik alanı
Akım taşıyan düz bir telin manyetik alan çizgileri eşmerkezli dairelerdir. Bu dairelerin merkezleri tel üzerinde yer alır ve düzlemleri tele diktir (Şekil 3).
Pirinç. 3. Akım taşıyan düz bir telin alanı
Manyetik alan çizgilerinin yönünü belirlemek doğru akımİki alternatif kural var.
Saat yönü kuralı. Akım bize doğru akacak şekilde bakarsanız alan çizgileri saat yönünün tersine gider.
Vida kuralı(veya burgu kuralı, veya tirbuşon kuralı- bu birine daha yakın bir şey ;-)). Alan çizgileri, vidayı (normal sağ dişle) döndürmeniz gereken yere gider, böylece vida diş boyunca akım yönünde hareket eder.
Size en uygun kuralı kullanın. Saat yönü kuralına alışmak daha iyidir - daha sonra bunun daha evrensel ve kullanımının daha kolay olduğunu kendiniz göreceksiniz (ve ardından analitik geometri çalışırken ilk yılınızda bunu şükranla hatırlayın).
İncirde. 3 yeni bir şey ortaya çıktı: bu, adı verilen bir vektör manyetik alan indüksiyonu, veya manyetik indüksiyon. Manyetik indüksiyon vektörü, elektrik alan kuvveti vektörüne benzer: güç karakteristiği Manyetik alan, manyetik alanın hareketli yüklere etki ettiği kuvveti belirler.
Manyetik alandaki kuvvetlerden daha sonra bahsedeceğiz ancak şimdilik yalnızca manyetik alanın büyüklüğünün ve yönünün manyetik indüksiyon vektörü tarafından belirlendiğine dikkat edeceğiz. Uzaydaki her noktada vektör, pusula iğnesinin kuzey ucuyla aynı yöne yönlendirilir. bu nokta yani alan çizgisine bu doğru yönünde teğettir. Manyetik indüksiyon ölçülür Tesla'nın(TL).
Elektrik alanı durumunda olduğu gibi, manyetik alan indüksiyonu için de aşağıdakiler geçerlidir: Üstüste binme ilkesi. Gerçek şu ki Belirli bir noktada oluşturulan manyetik alanların indüksiyonu farklı akımlar, vektörel olarak toplayın ve ortaya çıkan manyetik indüksiyon vektörünü verin:.
Akımlı bir bobinin manyetik alanı
Hadi düşünelim dairesel dönüş içinden dolaştığı DC. Akımı oluşturan kaynağı şekilde göstermiyoruz.
Yörüngemizin alan çizgilerinin resmi yaklaşık olarak aşağıdaki gibi görünecektir (Şekil 4).
Pirinç. 4. Akımlı bir bobinin alanı
Manyetik alanın hangi yarı uzaya (bobin düzlemine göre) yönlendirildiğini tespit edebilmek bizim için önemli olacaktır. Yine iki alternatif kuralımız var.
Saat yönü kuralı. Alan çizgileri oraya gidiyor ve akımın saat yönünün tersine dolaştığı yerden bakıyor.
Vida kuralı. Alan çizgileri, akım yönünde döndürüldüğünde vidanın (normal sağ dişli) hareket edeceği yere gider.
Gördüğünüz gibi, bu kuralların doğru akım durumu için formülasyonuyla karşılaştırıldığında akım ve alanın rolleri değişmektedir.
Akım bobininin manyetik alanı
Bobin Teli sıkıca sararsanız, yeterince uzun bir spiral haline getirirseniz işe yarayacaktır (Şekil 5 - en.wikipedia.org'dan resim). Bobinin onlarca, yüzlerce ve hatta binlerce dönüşü olabilir. Bobin de denir solenoid.
Pirinç. 5. Bobin (solenoid)
Bildiğimiz gibi tek dönüşlü manyetik alan çok basit görünmüyor. Tarlalar mı? bobinin bireysel dönüşleri üst üste bindirilmiştir ve sonucun çok kafa karıştırıcı bir tablo olması gerektiği görülmektedir. Ancak durum böyle değildir: Uzun bir bobinin alanı beklenmedik bir şekilde basit yapı(Şekil 6).
Pirinç. 6. akım bobini alanı
Bu şekilde bobindeki akım soldan bakıldığında saat yönünün tersine akar (Şekil 5'te bobinin sağ ucu akım kaynağının “artı” ucuna, sol ucu ise “artı” ucuna bağlanırsa bu gerçekleşecektir). eksi"). Bobinin manyetik alanının iki karakteristik özelliğe sahip olduğunu görüyoruz.
1. Bobinin içinde, kenarlarından uzakta, manyetik alan vardır. homojen: Her noktada manyetik indüksiyon vektörü büyüklük ve yön bakımından aynıdır. Alan çizgileri paralel düz çizgilerdir; dışarı çıktıklarında yalnızca bobinin kenarlarına yakın bir yerde bükülürler.
2. Bobinin dışında alan sıfıra yakındır. Bobin ne kadar çok dönerse o kadar çok zayıf alan onun dışında.
Sonsuz uzunluktaki bir bobinin alanı dışarıya doğru hiç salıvermediğine dikkat edin: Bobinin dışında manyetik alan yoktur. Böyle bir bobinin içinde alan her yerde aynıdır.
Sana hiçbir şey hatırlatmıyor mu? Bobin, bir kapasitörün “manyetik” analogudur. Bir kapasitörün kendi içinde düzgün bir elektrik alanı yarattığını, çizgilerinin yalnızca plakaların kenarlarına yakın bir yerde büküldüğünü ve kapasitörün dışında alanın sıfıra yakın olduğunu hatırlıyorsunuz; sonsuz plakalı bir kapasitör, alanı dışarıya hiç salmaz ve alan, içindeki her yerde aynıdır.
Ve şimdi - ana gözlem. Lütfen bobinin dışındaki manyetik alan çizgilerinin resmini (Şekil 6) Şekil 2'deki mıknatıs alan çizgileriyle karşılaştırın. 1. Aynı şey değil mi? Ve şimdi muhtemelen uzun zamandır aklınızda olan bir soruya geliyoruz: Eğer manyetik bir alan akımlar tarafından üretiliyorsa ve akımlara etki ediyorsa, o zaman kalıcı bir mıknatısın yakınında manyetik bir alanın ortaya çıkmasının nedeni nedir? Sonuçta bu mıknatıs akımı olan bir iletken gibi görünmüyor!
Ampere'nin hipotezi. Temel akımlar
İlk başta mıknatısların etkileşiminin kutuplarda yoğunlaşan özel manyetik yüklerle açıklandığı düşünülüyordu. Ancak elektrikten farklı olarak hiç kimse manyetik yükü izole edemez; sonuçta, daha önce de söylediğimiz gibi, bir mıknatısın kuzey ve güney kutuplarını ayrı ayrı elde etmek mümkün değildi; kutuplar bir mıknatısta her zaman çiftler halinde bulunur.
Hakkında şüpheler manyetik yükler Oersted'in deneyimi, manyetik alanın elektrik akımı tarafından üretildiği ortaya çıktığında daha da kötüleşti. Ayrıca, herhangi bir mıknatıs için, bu iletkenin alanı mıknatısın alanıyla çakışacak şekilde uygun konfigürasyonda bir akıma sahip bir iletken seçmenin mümkün olduğu ortaya çıktı.
Ampere cesur bir hipotez öne sürdü. Manyetik yük yoktur. Bir mıknatısın hareketi, içindeki kapalı elektrik akımlarıyla açıklanır..
Nedir bu akımlar? Bunlar temel akımlar atomların ve moleküllerin içinde dolaşır; elektronların hareketi ile ilişkilidirler atom yörüngeleri. Herhangi bir cismin manyetik alanı bu temel akımların manyetik alanlarından oluşur.
Temel akımlar birbirlerine göre rastgele yerleştirilebilir. Sonra alanları birbirini iptal eder ve gövde görünmez manyetik özellikler.
Ancak temel akımlar koordineli bir şekilde düzenlenirse, alanları toplanarak birbirini güçlendirir. Vücut bir mıknatıs haline gelir (Şekil 7; manyetik alan bize doğru yönlendirilecektir; mıknatısın kuzey kutbu da bize doğru yönlendirilecektir).
Pirinç. 7. Temel mıknatıs akımları
Ampere'nin temel akımlarla ilgili hipotezi, mıknatısların özelliklerini açıklığa kavuşturdu. Bir mıknatısın ısıtılması ve sallanması, temel akımlarının sırasını bozar ve manyetik özellikler zayıflar. Mıknatısın kutuplarının ayrılmazlığı açıkça ortaya çıktı: Mıknatısın kesildiği noktada uçlarda aynı temel akımları alıyoruz. Bir cismin manyetik alanda mıknatıslanma yeteneği, düzgün bir şekilde "dönen" temel akımların koordineli hizalanmasıyla açıklanır (bir sonraki sayfada manyetik alandaki dairesel bir akımın dönüşü hakkında bilgi edinin).
Ampere'nin hipotezinin doğru olduğu ortaya çıktı; bu şunu gösterdi: Daha fazla gelişme fizik. Temel akımlarla ilgili fikirler, yirminci yüzyılda geliştirilen atom teorisinin ayrılmaz bir parçası haline geldi - Ampere'nin parlak tahmininden neredeyse yüz yıl sonra.
Eğitim ve Bilim Bakanlığı Rusya Federasyonu
Federal eyalet bütçesi Eğitim kurumu
Daha yüksek mesleki Eğitim
Ulusal Maden Kaynakları Üniversitesi “Madencilik”
Genel Müdürlüğü ve teknik fizik
(elektromanyetizma laboratuvarı)
Manyetik Alan Çalışması
(Biot-Savart-Laplace yasası)
Yönergeler 4 numaralı laboratuvar çalışması için
Tüm uzmanlıklardaki öğrenciler için
SAINT PETERSBURG
Çalışmanın amacı:Çeşitli konfigürasyonlardaki iletkenler tarafından oluşturulan manyetik alanların ölçümü. Biot-Savart-Laplace yasasının deneysel olarak doğrulanması.
Manyetik alanların endüstride kullanımı geniş uygulama alanı bulmuştur. Enerjinin belirli endüstriyel ve diğer tesislere iletilmesi sorunu, manyetik alan (örneğin transformatörlerde) kullanılarak çözülebilir. Zenginleştirme endüstrisinde ayırma, manyetik alan (manyetik ayırıcılar) kullanılarak gerçekleştirilir; Mineralleri atık kayalardan ayırın. Yapay aşındırıcıların üretimi sırasında, karışımda bulunan ferrosilikon fırının tabanına çöker, ancak küçük miktarlar aşındırıcının içine gömülür ve daha sonra bir mıknatısla çıkarılır. Manyetik alan olmadan elektrik makinesi jeneratörleri ve elektrik motorları çalışamaz. Termonükleer füzyon, manyetodinamik elektrik üretimi, senkrotronlarda yüklü parçacıkların hızlandırılması, batık gemilerin kaldırılması vb. - bunların hepsi mıknatısların gerekli olduğu alanlardır. Doğal mıknatıslar kural olarak bazı üretim sorunlarını çözmede yeterince etkili değildir ve çoğunlukla yalnızca ev aletlerinde ve ölçüm ekipmanlarında kullanılır. Manyetik alanın ana uygulaması elektrik mühendisliği, radyo mühendisliği, alet yapımı, otomasyon ve telemekaniktir. Burada ferromanyetik malzemeler manyetik devrelerin, rölelerin ve diğer manyetoelektrik cihazların üretiminde kullanılıyor. Doğal (veya doğal) mıknatıslar doğada manyetik cevher birikintileri şeklinde oluşur. Madencilikte, manyetik cevher yataklarının geliştirilmesine ayrı bölümler ayrılmıştır ve kendi özellikleri vardır; örneğin manyetokimya ve manyetik kusur tespiti gibi bilimler vardır. Bilinen en büyük doğal mıknatıs Tartu Üniversitesi'nde bulunmaktadır. Kütlesi 13 kg olup, 40 kg yük kaldırma kapasitesine sahiptir. Güçlü manyetik alanlar yaratma sorunu, en önemli sorunlardan biri haline geldi. modern fizik ve Teknoloji. Güçlü mıknatıslar akım taşıyan iletkenler olarak oluşturulabilir. 1820'de G. Oersted (1777–1851), akım taşıyan bir iletkenin manyetik bir iğneye etki ederek onu döndürdüğünü keşfetti. Sadece bir hafta sonra Ampere iki kişinin olduğunu gösterdi. paralel iletkenler Aynı yöndeki akımlar birbirini çeker. Daha sonra tüm manyetik olayların akımlardan kaynaklandığını ve manyetik özelliklerin kalıcı mıknatıslar bu mıknatısların içinde sürekli dolaşan akımlarla ilişkilidir. Bu varsayım modern fikirlerle tamamen tutarlıdır. Doğru akımların manyetik alanı çeşitli şekiller Fransız bilim adamları J. Biot (1774 - 1862) ve F. Savard (1791 - 1841) tarafından incelenmiştir. Bu deneylerin sonuçları öne çıkanlar tarafından özetlendi: Fransız matematikçi ve fizikçi P. Laplace. Bio-Savart-Laplace yasası, süperpozisyon ilkesiyle birlikte, akım taşıyan iletkenlerin oluşturduğu manyetik alanları hesaplamamıza olanak tanır.
Akış modellerini incelemek manyetik olaylar Edinilen bilgiyi genelleştirmenize ve bunu hem başarılı bir şekilde kullanmanıza olanak tanıyacak laboratuvar koşulları ve üretimde.
Akım taşıyan düz bir iletkenin manyetik alanı
İçinden elektrik akımı geçen bir iletken manyetik alan oluşturur. Manyetik alan yoğunluk vektörü ile karakterize edilir 'H(Şekil 1), formül kullanılarak hesaplanabilir
'H= òd 'H.
Biot-Savart-Laplace yasasına göre,
Nerede BEN– iletkendeki akım gücü, D`ben- bir iletkenin temel bölümünün uzunluğuna sahip olan ve akım yönünde yönlendirilmiş bir vektör, 'r– elemanı söz konusu noktaya bağlayan yarıçap vektörü P.
Sonlu uzunlukta bir akım taşıyan düz bir iletkenin oluşturduğu manyetik alanı ele alalım (Şekil 2). Bu iletkenin bireysel temel bölümleri d alanları oluşturur 'H, bir yöne yönlendirilmiştir (çizim düzlemine dik), dolayısıyla P noktasındaki manyetik alan kuvveti entegrasyonla bulunabilir:
Sahibiz ben= R o ×сtga, yani Üstelik, Bu nedenle
Entegrasyondan sonra şunu elde ederiz
, (1)
Nerede RÖ - en kısa mesafe noktadan P akımlı iletkene göre, a 1 ve a 2, iletkenin uç elemanları ile karşılık gelen PA ve PB yarıçap vektörleri arasındaki açılardır.
İletkenin ortasına geri getirilen dikme üzerinde bulunan noktalardaki gerilimi belirlersek, o zaman cosa 2 = cos(180° – a 1) = –cosa 1 ve dolayısıyla,
(kosa 1 – kosa 2) = 2kosa 1 = . (2)
İfade (2) dikkate alınarak formül (1) şu şekilde yazılabilir:
. (3)
Bunu göz önünde bulundurarak bu iş iletken uzunluğu 2 B birçok daha fazla mesafe R 0 iletkenden manyetik alanın gözlem noktasına kadar formül (3) şeklinde yazılabilir.
Bu nedenle manyetik alan indüksiyonu aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
Nerede M 0 – manyetik sabit, M– ortamın manyetik geçirgenliği (hava için) M= 1)
Manyetik iğneyi yakına getirirseniz, iletkenin ekseninden ve iğnenin dönme merkezinden geçen düzleme dik olma eğiliminde olacaktır. Bu, özel kuvvetlerin ok üzerinde hareket ettiğini gösterir. manyetik kuvvetler. Manyetik alan, manyetik iğne üzerindeki etkisinin yanı sıra, manyetik alan içinde yer alan hareketli yüklü parçacıkları ve akım taşıyan iletkenleri de etkiler. Manyetik alanda hareket eden iletkenlerde veya alternatif bir manyetik alanda bulunan sabit iletkenlerde, endüktif bir elektromotor kuvvet (emk) ortaya çıkar.
Bir manyetik alan
Yukarıdakilere uygun olarak manyetik alanın aşağıdaki tanımını verebiliriz.
Manyetik alan, hareketli parçacıkların elektrik yükleri ve elektrik alanındaki değişikliklerle uyarılan ve hareket eden enfekte parçacıklar ve dolayısıyla elektrik akımları üzerindeki kuvvet etkisi ile karakterize edilen, elektromanyetik alanın iki tarafından biridir.
Kalın bir iletkeni kartondan geçirirseniz ve içinden bir elektrik akımı geçirirseniz, kartonun üzerine dökülen çelik talaşlar iletkenin etrafında eşmerkezli daireler halinde yerleştirilecektir, bu durumda manyetik indüksiyon hatları olarak adlandırılır (Şekil 1) . Kartonu iletken üzerinde yukarı veya aşağı hareket ettirebiliriz ancak çelik talaşların yeri değişmeyecektir. Sonuç olarak, iletkenin etrafında tüm uzunluğu boyunca bir manyetik alan ortaya çıkar.
Kartonun üzerine küçük manyetik oklar koyarsanız iletkendeki akımın yönünü değiştirerek manyetik okların döneceğini görebilirsiniz (Şekil 2). Bu, manyetik indüksiyon hatlarının yönünün iletkendeki akımın yönüne göre değiştiğini gösterir.
Akım taşıyan bir iletkenin etrafındaki manyetik endüksiyon hatları aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1) düz bir iletkenin manyetik endüksiyon hatları eşmerkezli daire şeklindedir; 2) iletkene ne kadar yakın olursa, manyetik indüksiyon hatları o kadar yoğun olur; 3) manyetik indüksiyon (alan yoğunluğu) iletkendeki akımın büyüklüğüne bağlıdır; 4) manyetik indüksiyon hatlarının yönü iletkendeki akımın yönüne bağlıdır.
Bölümde gösterilen iletkendeki akımın yönünü göstermek için gelecekte kullanacağımız bir sembol benimsenmiştir. İletkene zihinsel olarak akım yönünde bir ok yerleştirirseniz (Şekil 3), o zaman akımın bizden uzağa yönlendirildiği iletkende okun tüylerinin kuyruğunu (bir çarpı işareti) göreceğiz; eğer akım bize doğru yönlendirilirse bir okun (nokta) ucunu görürüz.
Figür 3. Sembol iletkenlerdeki akımın yönü
Gimlet kuralı, akım taşıyan bir iletken etrafındaki manyetik indüksiyon hatlarının yönünü belirlemenizi sağlar. Sağ dişli bir jilet (tirbuşon) akım yönünde ileri doğru hareket ederse, sapın dönme yönü, iletken etrafındaki manyetik indüksiyon hatlarının yönüyle çakışacaktır (Şekil 4).
Akım taşıyan bir iletkenin manyetik alanına yerleştirilen manyetik bir iğne, manyetik indüksiyon hatları boyunca bulunur. Bu nedenle konumunu belirlemek için “jimlet kuralını” da kullanabilirsiniz (Şekil 5). Manyetik alan, elektrik akımının en önemli göstergelerinden biridir ve akımdan bağımsız ve ayrı olarak elde edilemez.
  |  |
| Şekil 4. Akım taşıyan bir iletken etrafındaki manyetik indüksiyon hatlarının yönünün “burgu kuralı” kullanılarak belirlenmesi | Şekil 5. Akımlı bir iletkene getirilen manyetik iğnenin “jimlet kuralına” göre sapma yönünün belirlenmesi |
Manyetik indüksiyon
Bir manyetik alan, manyetik indüksiyon vektörü ile karakterize edilir ve dolayısıyla uzayda belirli bir büyüklüğe ve belirli bir yöne sahiptir.
Deneysel verilerin genelleştirilmesi sonucunda manyetik indüksiyon için niceliksel bir ifade Biot ve Savart tarafından oluşturulmuştur (Şekil 6). Manyetik iğnenin saptırılmasıyla çeşitli boyut ve şekillerdeki elektrik akımlarının manyetik alanlarını ölçen her iki bilim adamı, her akım elemanının kendisinden belli bir mesafede manyetik indüksiyonu Δ olan bir manyetik alan oluşturduğu sonucuna vardı. BΔ uzunluğuyla doğru orantılıdır ben Bu eleman, akan akımın büyüklüğü BEN, akımın yönü ile ilgilenilen alan noktasını belirli bir akım elemanına bağlayan yarıçap vektörü arasındaki α açısının sinüsü ve bu yarıçap vektörünün uzunluğunun karesi ile ters orantılıdır R:
Nerede k– ortamın manyetik özelliklerine ve seçilen birim sistemine bağlı katsayı.
ICSA'nın mutlak pratik rasyonelleştirilmiş birimleri sisteminde
burada µ 0 – vakumun manyetik geçirgenliği veya MCSA sistemindeki manyetik sabit:
µ 0 = 4 × π × 10-7 (henry/metre);
Henry (gn) – endüktans birimi; 1 gn = 1 ohm × saniye.
µ – bağıl manyetik geçirgenlik Belirli bir malzemenin manyetik geçirgenliğinin vakumun manyetik geçirgenliğinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren boyutsuz bir katsayı.
Manyetik indüksiyonun boyutu aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:
Volt-saniye olarak da adlandırılır Weber (wb):
Pratikte, daha küçük bir manyetik indüksiyon ünitesi vardır. Gauss (gs):
Biot-Savart yasası sonsuz uzunlukta düz bir iletkenin manyetik indüksiyonunu hesaplamamıza olanak tanır:
Nerede A– iletkenden manyetik indüksiyonun belirlendiği noktaya kadar olan mesafe.
Manyetik alan kuvveti
Manyetik indüksiyonun manyetik geçirgenliklerin ürününe oranı µ × µ 0 denir manyetik alan kuvveti ve harfle belirtilir H:
B = H × µ × µ 0 .
Son denklem iki manyetik niceliği ilişkilendirir: indüksiyon ve manyetik alan gücü.
Boyutu bulalım H:
Bazen manyetik alan kuvvetinin başka bir ölçüm birimi kullanılır - Oersted (yani):
1 yani = 79,6 A/M ≈ 80 A/M ≈ 0,8 A/santimetre .
Manyetik alan kuvveti H manyetik indüksiyon gibi B, bir vektör miktarıdır.
Her noktası manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan teğet bir çizgiye denir. manyetik indüksiyon hattı veya manyetik indüksiyon hattı.
Manyetik akı
Alan yönüne dik alan (manyetik indüksiyon vektörü) ile manyetik indüksiyonun çarpımı denir. manyetik indüksiyon vektörünün akışı ya da sadece manyetik akı ve F harfiyle gösterilir:
F = B × S .
Manyetik akı boyutu:
yani manyetik akı volt-saniye veya weber cinsinden ölçülür.
Daha küçük olan manyetik akı birimi Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 santimetre 2.
Video 1. Ampere'nin hipotezi
Video 1. Ampere'nin hipotezi
Video 2. Manyetizma ve elektromanyetizma
Bir iletkendeki elektrik akımı, iletkenin etrafında bir manyetik alan oluşturur. Elektrik akımı ve manyetik alan tek bir bütünün ayrılmaz iki parçasıdır. fiziksel süreç. Kalıcı mıknatısların manyetik alanı sonuçta elektronların yörüngelerdeki hareketi ve eksenleri etrafında dönmesiyle oluşan moleküler elektrik akımları tarafından da üretilir.
Bir iletkenin manyetik alanı ve kuvvet çizgilerinin yönü manyetik bir iğne kullanılarak belirlenebilir. Manyetik çizgiler düz iletken, iletkene dik bir düzlemde bulunan eşmerkezli daireler şeklindedir. Manyetik alan çizgilerinin yönü iletkendeki akımın yönüne bağlıdır. İletkendeki akım gözlemciden geliyorsa kuvvet çizgileri saat yönünde yönlendirilir.
Alanın yönünün akımın yönüne bağımlılığı, jilet kuralı ile belirlenir: jiletin öteleme hareketi iletkendeki akımın yönü ile çakıştığında, sapın dönme yönü yön ile çakışır manyetik çizgilerden.
Gimlet kuralı aynı zamanda bobindeki manyetik alanın yönünü belirlemek için de kullanılabilir, ancak aşağıdaki formülasyondadır: eğer burgu sapının dönme yönü bobin dönüşlerindeki akımın yönü ile birleştirilirse, o zaman ileri hareket Burgu, bobin içindeki alan çizgilerinin yönünü gösterecektir (Şekil 4.4).
Bobinin içinde bu çizgiler geliyor Güney Kutbu kuzeye ve onun dışına - kuzeyden güneye.
Gimlet kuralı, manyetik alan çizgilerinin yönü biliniyorsa akımın yönünü belirlemek için de kullanılabilir.
Manyetik alanda akım taşıyan bir iletken, şuna eşit bir kuvvete maruz kalır:
F = I·L·B·sin
I iletkendeki mevcut güçtür; B - manyetik alan indüksiyon vektörünün modülü; L, manyetik alanda bulunan iletkenin uzunluğudur; manyetik alan vektörü ile iletkendeki akımın yönü arasındaki açıdır.
Manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvete Amper kuvveti denir.
Maksimum güç Amper şuna eşittir:
F = ben L B
Ampere kuvvetinin yönü sol el kuralına göre belirlenir: sol el manyetik indüksiyon vektörü B'nin dikey bileşeni avuç içine girecek ve uzatılmış dört parmak akım yönünde yönlendirilecek ve ardından 90 derece bükülecek şekilde konumlandırılmıştır. baş parmak iletkenin akım taşıyan bir bölümüne etki eden kuvvetin yönünü, yani Amper kuvvetini gösterecektir.
Eğer ve aynı düzlemde bulunuyorsa, ve arasındaki açı düzdür, dolayısıyla . O halde akım elemanına etki eden kuvvet;
(tabii ki, ilk iletkenin yanından ikinciye tam olarak aynı kuvvet etki eder).
Ortaya çıkan kuvvet bu kuvvetlerden birine eşittir. Bu iki iletken üçüncüyü etkiliyorsa, manyetik alanlarının vektörel olarak toplanması gerekir.
Manyetik alanda akım bulunan devre
| Pirinç. 4.13 |
Akımlı bir çerçevenin düzgün bir manyetik alana yerleştirilmesine izin verin (Şekil 4.13). Daha sonra Amper kuvvetleri etki ediyor taraflarçerçeveler, büyüklüğü manyetik indüksiyonla, çerçevedeki akım gücüyle, alanıyla orantılı olan bir tork yaratacaktır. S ve vektör ile alanın normali arasındaki a açısına bağlıdır:
Normal yön, sağdaki vida çerçevedeki akım yönünde dönerken normal yönde hareket edecek şekilde seçilmiştir.
Maksimum değer torkçerçeve manyetik alana dik olarak monte edildiğinde Güç hatları:
Bu ifade aynı zamanda manyetik alan indüksiyonunu belirlemek için de kullanılabilir:
boyut, ürüne eşit devrenin manyetik momenti denir R t. Manyetik moment, yönü kontura normalin yönü ile çakışan bir vektördür. Daha sonra tork yazılabilir
a = 0 tork açısında sıfıra eşit. Torkun değeri konturun alanına bağlıdır ancak şekline bağlı değildir. Bu nedenle içinden doğru akımın geçtiği herhangi bir kapalı devre bir torka maruz kalır. M, vektörü döndürecek şekilde döndürür manyetik moment manyetik alan indüksiyon vektörüne paralel olarak kurulmuştur.
