Pole magnetyczne- jest to ośrodek materialny, przez który zachodzi interakcja między przewodnikami z prądem lub poruszającymi się ładunkami.

Nieruchomości pole magnetyczne :

Charakterystyka pola magnetycznego:

Do badania pola magnetycznego stosuje się obwód testowy z prądem. Jest niewielki, a prąd w nim jest znacznie mniejszy niż prąd w przewodniku wytwarzającym pole magnetyczne. Po przeciwnych stronach obwodu przewodzącego prąd działają siły pola magnetycznego o jednakowej wielkości, ale skierowane w przeciwnych kierunkach, ponieważ kierunek siły zależy od kierunku prądu. Punkty przyłożenia tych sił nie leżą na tej samej linii prostej. Takie siły nazywane są parę sił. W wyniku działania pary sił obwód nie może poruszać się translacyjnie; obraca się wokół własnej osi. Charakteryzuje się działaniem obrotowym moment obrotowy.

, Gdzie l–wykorzystać parę sił(odległość pomiędzy punktami przyłożenia sił).

Wraz ze wzrostem prądu w obwodzie testowym lub obszarze obwodu moment obrotowy pary sił wzrośnie proporcjonalnie. Stosunek maksymalnego momentu siły działającej na obwód z prądem do wielkości prądu w obwodzie i powierzchni obwodu jest wartością stałą dla danego punktu pola. To jest nazwane Indukcja magnetyczna.

, Gdzie
-Moment magnetyczny obwód z prądem.

Jednostka Indukcja magnetyczna - Tesla [T].

Moment magnetyczny obwodu– wielkość wektora, którego kierunek zależy od kierunku prądu w obwodzie i jest określony przez reguła prawej śruby: zaciśnij prawą rękę w pięść, następnie skieruj cztery palce w stronę prądu w obwodzie kciuk wskaże kierunek wektora momentu magnetycznego. Wektor momentu magnetycznego jest zawsze prostopadły do ​​płaszczyzny konturu.

Za kierunek wektora indukcji magnetycznej przyjąć kierunek wektora momentu magnetycznego obwodu, zorientowanego w polu magnetycznym.

Linia indukcji magnetycznej– prosta, której styczna w każdym punkcie pokrywa się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej. Linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte i nigdy się nie przecinają. Linie indukcji magnetycznej przewodnika prostego z prądem mają postać okręgów położonych w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika. Kierunek linii indukcji magnetycznej określa reguła śruby prawoskrętnej. Linie indukcji magnetycznej prądu kołowego(zwoje z prądem) również mają postać okręgów. Każdy element cewki ma długość
można sobie wyobrazić jako prosty przewodnik, który wytwarza własne pole magnetyczne. W przypadku pól magnetycznych obowiązuje zasada superpozycji (niezależnego dodawania). Całkowity wektor indukcji magnetycznej prądu kołowego wyznacza się w wyniku dodania tych pól w środku zwoju zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej.

Jeśli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej są takie same w każdym punkcie przestrzeni, wówczas nazywa się pole magnetyczne jednorodny. Jeżeli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej w każdym punkcie nie zmieniają się w czasie, wówczas takie pole nazywa się stały.

Ogrom Indukcja magnetyczna w dowolnym punkcie pola jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu w przewodniku tworzącym pole, odwrotnie proporcjonalna do odległości przewodnika od danego punktu pola, zależy od właściwości ośrodka i kształtu przewodnika tworzącego pole.

, Gdzie
WŁ. 2 ; Gn/m – stała magnetyczna próżni,

-względna przenikalność magnetyczna ośrodka,

-bezwzględna przenikalność magnetyczna ośrodka.

W zależności od wartości przenikalności magnetycznej wszystkie substancje dzielą się na trzy klasy:

Wraz ze wzrostem bezwzględnej przepuszczalności ośrodka wzrasta również indukcja magnetyczna w danym punkcie pola. Stosunek indukcji magnetycznej do bezwzględnej przenikalności magnetycznej ośrodka jest wartością stałą dla danego punktu poli, e nazywa się napięcie.

.

Wektory napięcia i indukcji magnetycznej pokrywają się w kierunku. Natężenie pola magnetycznego nie zależy od właściwości ośrodka.

Moc amperowa– siła, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem.

Gdzie l– długość przewodu, - kąt między wektorem indukcji magnetycznej a kierunkiem prądu.

Kierunek siły Ampera jest określony przez reguła lewej ręki: lewa ręka jest ustawiona tak, aby składowa wektora indukcji magnetycznej, prostopadła do przewodnika, wchodziła do dłoni, cztery wyciągnięte palce bezpośrednio wzdłuż prądu, wówczas kciuk zgięty o 90 0 wskaże kierunek siły Ampera.

Skutkiem działania siły Ampera jest ruch przewodnika w danym kierunku.

mi Jeśli = 90 0, wówczas F=max, jeśli = 0 0 , wtedy F = 0.

Siła Lorentza– siła pola magnetycznego działającego na poruszający się ładunek.

, gdzie q to ładunek, v to prędkość jego ruchu, - kąt między wektorami napięcia i prędkości.

Siła Lorentza jest zawsze prostopadła do wektorów indukcji magnetycznej i prędkości. Kierunek jest wyznaczany przez reguła lewej ręki(palce podążają za ruchem ładunku dodatniego). Jeżeli kierunek prędkości cząstki jest prostopadły do ​​linii indukcji magnetycznej jednolitego pola magnetycznego, wówczas cząstka porusza się po okręgu, nie zmieniając swojej energii kinetycznej.

Ponieważ kierunek siły Lorentza zależy od znaku ładunku, służy ona do rozdzielania ładunków.

Strumień magnetyczny– wartość równa liczbie linii indukcji magnetycznej przechodzących przez dowolny obszar położony prostopadle do linii indukcji magnetycznej.

, Gdzie - kąt między indukcją magnetyczną a normalną (prostopadłą) do powierzchni S.

Jednostka– Weber [Wb].

Metody pomiaru strumienia magnetycznego:

Zmiana orientacji miejsca w polu magnetycznym (zmiana kąta)

Zmiana pola obwodu umieszczonego w polu magnetycznym

Zmiana natężenia prądu wytwarzająca pole magnetyczne

Zmiana odległości obwodu od źródła pola magnetycznego

Zmiany właściwości magnetycznych ośrodka.

F Araday zarejestrowany Elektryczność w obwodzie, który nie zawiera źródła, ale znajduje się obok innego obwodu zawierającego źródło. Ponadto prąd w pierwszym obwodzie powstał w następujących przypadkach: przy dowolnej zmianie prądu w obwodzie A, przy względnym ruchu obwodów, po wprowadzeniu żelaznego pręta do obwodu A, przy ruchu względem obwodu B trwały magnes. Ukierunkowany ruch ładunków swobodnych (prądu) zachodzi tylko w polu elektrycznym. Oznacza to, że generowane jest zmienne pole magnetyczne pole elektryczne, który wprawia w ruch swobodne ładunki przewodnika. To pole elektryczne nazywa się wywołany Lub wir.

Różnice pomiędzy wirowym polem elektrycznym a elektrostatycznym:

Źródłem pola wirowego jest zmienne pole magnetyczne.

Linie natężenia pola wirowego są zamknięte.

Praca wykonana przez to pole podczas przemieszczania ładunku w obwodzie zamkniętym nie jest równa zeru.

Cechą energetyczną pola wirowego nie jest potencjał, ale indukowany emf– wartość równa pracy sił zewnętrznych (sił pochodzenia nieelektrostatycznego), aby przemieścić jednostkę ładunku wzdłuż pętla zamknięta.

.Mierzone w woltach[W].

Wirowe pole elektryczne pojawia się przy każdej zmianie pola magnetycznego, niezależnie od tego, czy istnieje przewodzący obwód zamknięty, czy nie. Obwód pozwala jedynie na wykrycie wirowego pola elektrycznego.

Indukcja elektromagnetyczna- jest to występowanie indukowanego emf w obwodzie zamkniętym przy dowolnej zmianie strumienia magnetycznego przez jego powierzchnię.

Indukowany emf w obwodzie zamkniętym generuje prąd indukowany.

.

Kierunek prądu indukcyjnego zdeterminowany przez Reguła Lenza: indukowany prąd ma taki kierunek, że wytworzone przez niego pole magnetyczne przeciwdziała wszelkim zmianom strumienia magnetycznego, który wygenerował ten prąd.

Prawo Faradaya dotyczące indukcji elektromagnetycznej: Indukowany emf w zamkniętej pętli jest wprost proporcjonalny do szybkości zmian strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą.

T ok fuko– wirowe prądy indukcyjne powstające w dużych przewodnikach umieszczonych w zmiennym polu magnetycznym. Opór takiego przewodnika jest niski, ponieważ ma duży przekrój poprzeczny S, więc prądy Foucaulta mogą mieć dużą wartość, w wyniku czego przewodnik się nagrzewa.

Samoindukcja- jest to występowanie indukowanego emf w przewodniku, gdy zmienia się w nim natężenie prądu.

Przewodnik, w którym płynie prąd, wytwarza pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna zależy od natężenia prądu, dlatego też wewnętrzny strumień magnetyczny zależy również od natężenia prądu.

, gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności, indukcyjność.

Jednostka indukcyjność – Henry [H].

Indukcyjność przewodnika zależy od jego wielkości, kształtu i przenikalności magnetycznej ośrodka.

Indukcyjność rośnie wraz ze wzrostem długości przewodnika, indukcyjność zwoju jest większa niż indukcyjność prostego przewodnika o tej samej długości, indukcyjność cewki (przewodu o dużej liczbie zwojów) jest większa niż indukcyjność jednego zwoju , indukcyjność cewki wzrasta, jeśli wsunie się w nią żelazny pręt.

Prawo Faradaya dotyczące samoindukcji:
.

Samoindukowane emf jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu.

Samoindukowane emf generuje prąd samoindukcyjny, który zawsze zapobiega zmianie prądu w obwodzie, to znaczy, jeśli prąd wzrasta, prąd samoindukcyjny jest kierowany w przeciwnym kierunku, gdy prąd w obwodzie maleje, samoczynnie; prąd indukcyjny jest skierowany w tym samym kierunku. Im większa indukcyjność cewki, tym większy występuje w niej samoindukcyjny emf.

Energia pola magnetycznego jest równa pracy, którą prąd wykonuje, aby pokonać samoindukowany emf w czasie, gdy prąd wzrasta od zera do wartości maksymalnej.

.

Wibracje elektromagnetyczne– są to okresowe zmiany ładunku, natężenia prądu i wszelkich charakterystyk pól elektrycznych i magnetycznych.

Elektryczny układ oscylacyjny(obwód oscylacyjny) składa się z kondensatora i cewki indukcyjnej.

Warunki występowania oscylacji:

Układ należy wyprowadzić z równowagi; w tym celu należy naładować kondensator. Energia pola elektrycznego naładowanego kondensatora:

.

Układ musi powrócić do stanu równowagi. Pod wpływem pola elektrycznego ładunek przenosi się z jednej płytki kondensatora na drugą, to znaczy w obwodzie przepływającym przez cewkę pojawia się prąd elektryczny. Gdy prąd wzrasta w cewce, powstaje emf samoindukcji, prąd samoindukcji jest skierowany w przeciwnym kierunku. Kiedy prąd w cewce maleje, prąd samoindukcji jest kierowany w tym samym kierunku. Zatem prąd samoindukcji ma tendencję do przywracania układu do stanu równowagi.

Opór elektryczny obwodu powinien być niski.

Idealny obwód oscylacyjny nie ma oporu. Wibracje w nim nazywane są bezpłatny.

Dla każdego obwodu elektrycznego spełnione jest prawo Ohma, zgodnie z którym siła emf działająca w obwodzie jest równa sumie napięć we wszystkich sekcjach obwodu. W obwodzie oscylacyjnym nie ma źródła prądu, ale w cewce pojawia się samoindukcyjny emf, który jest równy napięciu na kondensatorze.

Wniosek: ładunek kondensatora zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym.

Napięcie kondensatora:
.

Siła prądu w obwodzie:
.

Ogrom
- amplituda prądu.

Różnica w stosunku do włączonej opłaty
.

Okres swobodnych oscylacji w obwodzie:

Energia pola elektrycznego kondensatora:

Energia pola magnetycznego cewki:

Energie pól elektrycznych i magnetycznych zmieniają się zgodnie z prawem harmonicznym, ale fazy ich oscylacji są różne: gdy energia pola elektrycznego jest maksymalna, energia pola magnetycznego wynosi zero.

Całkowita energia układu oscylacyjnego:
.

W idealny kontur całkowita energia się nie zmienia.

Podczas procesu oscylacji energia pola elektrycznego jest całkowicie przekształcana w energię pola magnetycznego i odwrotnie. Oznacza to, że energia w dowolnym momencie jest równa albo maksymalnej energii pola elektrycznego, albo maksymalnej energii pola magnetycznego.

Rzeczywisty obwód oscylacyjny zawiera opór. Wibracje w nim nazywane są zblakły.

Prawo Ohma będzie miało postać:

Przy założeniu, że tłumienie jest małe (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest znacznie większy od kwadratu współczynnika tłumienia), logarytmiczny ubytek tłumienia wynosi:

Przy silnym tłumieniu (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest mniejszy niż kwadrat współczynnika drgań):

Równanie to opisuje proces rozładowywania kondensatora do rezystora. W przypadku braku indukcyjności oscylacje nie wystąpią. Zgodnie z tym prawem zmienia się również napięcie na płytkach kondensatora.

Całkowita Energia w rzeczywistym obwodzie maleje, ponieważ ciepło jest uwalniane do rezystancji R podczas przepływu prądu.

Proces przejścia- proces zachodzący w obwody elektryczne przy przejściu z jednego trybu pracy do drugiego. Szacowany czasowo ( ), podczas którego parametr charakteryzujący proces przejścia zmieni się e-krotnie.

Dla obwód z kondensatorem i rezystorem:
.

Teoria pola elektromagnetycznego Maxwella:

1 pozycja:

Każde zmienne pole elektryczne generuje wirowe pole magnetyczne. Zmienne pole elektryczne zostało nazwane przez Maxwella prądem przemieszczenia, ponieważ podobnie jak zwykły prąd wytwarza pole magnetyczne.

Aby wykryć prąd przemieszczenia, należy rozważyć przepływ prądu przez układ, w którym podłączony jest kondensator z dielektrykiem.

Gęstość prądu polaryzacji:
. Gęstość prądu jest skierowana w kierunku zmiany napięcia.

Pierwsze równanie Maxwella:
- wirowe pole magnetyczne generowane jest zarówno przez prądy przewodzenia (poruszające się ładunki elektryczne), jak i prądy przemieszczenia (przemienne pole elektryczne E).

2 pozycja:

Każde zmienne pole magnetyczne generuje wirowe pole elektryczne – podstawowe prawo indukcji elektromagnetycznej.

Drugie równanie Maxwella:
- łączy szybkość zmian strumienia magnetycznego przez dowolną powierzchnię i powstający w tym samym czasie obieg wektora natężenia pola elektrycznego.

Każdy przewodnik przewodzący prąd wytwarza pole magnetyczne w przestrzeni. Jeśli prąd jest stały (nie zmienia się w czasie), to związane z nim pole magnetyczne jest również stałe. Zmieniający się prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne. Wewnątrz przewodnika, w którym płynie prąd, występuje pole elektryczne. Dlatego zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest wirowe, ponieważ linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte. Wielkość natężenia pola magnetycznego H jest proporcjonalna do szybkości zmian natężenia pola elektrycznego . Kierunek wektora natężenia pola magnetycznego związane ze zmianami natężenia pola elektrycznego zasada prawej śruby: zaciśnij prawą dłoń w pięść, skieruj kciuk w kierunku zmiany natężenia pola elektrycznego, wówczas zgięte 4 palce wskażą kierunek linii natężenia pola magnetycznego.

Każde zmieniające się pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne, którego linie napięcia są zamknięte i leżą w płaszczyźnie prostopadłej do natężenia pola magnetycznego.

Wielkość natężenia E wirowego pola elektrycznego zależy od szybkości zmian pola magnetycznego . Kierunek wektora E powiązany jest z kierunkiem zmian pola magnetycznego H poprzez regułę lewej śruby: zaciśnij lewą rękę w pięść, kciuk skieruj w stronę zmiany pola magnetycznego, zgięte cztery palce wskażą kierunek linii natężenia wirowego pola elektrycznego.

Reprezentuje zbiór wzajemnie połączonych wirowych pól elektrycznych i magnetycznych pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne nie pozostaje w miejscu powstania, lecz rozchodzi się w przestrzeni w postaci poprzecznej fali elektromagnetycznej.

Fala elektromagnetyczna– jest to propagacja w przestrzeni wirowych, powiązanych ze sobą pól elektrycznych i magnetycznych.

Warunek wystąpienia fali elektromagnetycznej– ruch ładunku z przyspieszeniem.

Równanie fali elektromagnetycznej:

- cykliczna częstotliwość oscylacji elektromagnetycznych

t – czas od początku oscylacji

l – odległość od źródła fali do danego punktu w przestrzeni

- prędkość propagacji fali

Czas potrzebny fali na podróż od źródła do określonego punktu.

Wektory E i H w fali elektromagnetycznej są prostopadłe do siebie i do prędkości propagacji fali.

Źródło fal elektromagnetycznych– przewodniki, przez które przepływają szybko zmienne prądy (makroemitery), a także wzbudzone atomy i cząsteczki (mikroemitery). Im wyższa częstotliwość oscylacji, tym lepsze fale elektromagnetyczne są emitowane w przestrzeni.

Właściwości fal elektromagnetycznych:

Wszystkie fale elektromagnetyczne są poprzeczny

W ośrodku jednorodnym fale elektromagnetyczne rozchodzą się ze stałą prędkością, która zależy od właściwości środowiska:

- względna stała dielektryczna ośrodka

- stała dielektryczna próżni,
F/m, Cl2/nm2

- względna przenikalność magnetyczna ośrodka

- stała magnetyczna próżni,
WŁ. 2 ; Gn/m

Fale elektromagnetyczne odbite od przeszkód, pochłonięte, rozproszone, załamane, spolaryzowane, ugięte, zakłócone.

Wolumetryczna gęstość energii Pole elektromagnetyczne składa się z objętościowych gęstości energii pól elektrycznych i magnetycznych:

Gęstość strumienia energii fali - intensywność fali:

-Wektor Umova-Poyntinga.

Wszystkie fale elektromagnetyczne są ułożone w szereg częstotliwości lub długości fal (
). Ten rząd jest skala fal elektromagnetycznych.

Wibracje o niskiej częstotliwości. 0 – 10 4 Hz. Pozyskiwane z generatorów. Słabo promieniują

Fale radiowe. 10 4 – 10 13 Hz. Są emitowane przez przewodniki stałe, w których płynie szybko prąd przemienny.

Promieniowanie podczerwone– fale emitowane przez wszystkie ciała o temperaturze powyżej 0 K, w wyniku procesów wewnątrzatomowych i wewnątrzcząsteczkowych.

Widzialne światło– fale działające na oko, wywołujące wrażenia wzrokowe. 380-760 nm

Promieniowanie ultrafioletowe. 10 – 380 nm. Światło widzialne i promieniowanie UV powstają, gdy zmienia się ruch elektronów w zewnętrznych powłokach atomu.

Promieniowanie rentgenowskie. 80 – 10 -5 nm. Występuje, gdy zmienia się ruch elektronów w wewnętrznych powłokach atomu.

Promieniowanie gamma. Zachodzi podczas rozpadu jąder atomowych.

Pole magnetyczne i jego charakterystyka

Zarys wykładu:

Pole magnetyczne, jego właściwości i charakterystyka.

Pole magnetyczne- forma istnienia materii otaczającej poruszające się ładunki elektryczne (przewodniki z prądem, magnesy trwałe).

Nazwa ta wynika z faktu, że jak odkrył w 1820 roku duński fizyk Hans Oersted, ma on działanie orientujące na igłę magnetyczną. Eksperyment Oersteda: igłę magnetyczną umieszczono pod drutem przewodzącym prąd, obracającym się na igle. Po włączeniu prądu zainstalowano go prostopadle do drutu; kiedy zmienił się kierunek prądu, obrócił się w przeciwnym kierunku.

Podstawowe właściwości pola magnetycznego:

generowane przez poruszające się ładunki elektryczne, przewodniki przewodzące prąd, magnesy trwałe i zmienne pole elektryczne;

działa siłą na poruszające się ładunki elektryczne, przewodniki z prądem i ciała namagnesowane;

zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne.

Z doświadczenia Oersteda wynika, że ​​pole magnetyczne jest kierunkowe i musi mieć wektorową charakterystykę siły. Jest to określane i nazywane indukcją magnetyczną.

Pole magnetyczne jest reprezentowane graficznie za pomocą linii pola magnetycznego lub linii indukcji magnetycznej. Moc magnetyczna linie Są to linie, wzdłuż których w polu magnetycznym rozmieszczone są opiłki żelaza lub osie małych igieł magnetycznych. W każdym punkcie takiej linii wektor skierowany jest wzdłuż stycznej.

Linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte, co wskazuje na brak ładunków magnetycznych w przyrodzie i wirowy charakter pola magnetycznego.

Tradycyjnie opuszczają północny biegun magnesu i wkraczają na południe. Gęstość linii dobiera się tak, aby liczba linii na jednostkę powierzchni prostopadłej do pola magnetycznego była proporcjonalna do wielkości indukcji magnetycznej.

N

Cewka magnetyczna z prądem

Kierunek linii jest określony przez regułę prawej śruby. Elektromagnes to cewka z prądem, której zwoje są umieszczone blisko siebie, a średnica zwoju jest znacznie mniejsza niż długość cewki.

Pole magnetyczne wewnątrz cewki jest jednolite. Pole magnetyczne nazywa się jednorodnym, jeśli wektor jest stały w dowolnym punkcie.

Pole magnetyczne solenoidu jest podobne do pola magnetycznego magnesu sztabkowego.

Z
Cewka przewodząca prąd jest elektromagnesem.

Doświadczenie pokazuje, że dla pola magnetycznego, podobnie jak dla pola elektrycznego, zasada superpozycji: indukcja pola magnetycznego wytworzonego przez kilka prądów lub poruszających się ładunków jest równa sumie wektorowej indukcji pól magnetycznych wytworzonych przez każdy prąd lub ładunek:

Wektor wprowadza się na jeden z 3 sposobów:

a) z prawa Ampera;

b) przez działanie pola magnetycznego na ramę przewodzącą prąd;

c) z wyrażenia na siłę Lorentza.

A mpper ustalił eksperymentalnie, że siła, z jaką pole magnetyczne działa na element przewodnika z prądem I znajdujący się w polu magnetycznym, jest wprost proporcjonalna do siły

prąd I i iloczyn wektorowy elementu długości i indukcji magnetycznej:

- Prawo Ampera

N
Kierunek wektora można wyznaczyć zgodnie z ogólnymi zasadami iloczynu wektorowego, z których wynika zasada lewej ręki: jeśli dłoń lewej ręki jest ustawiona w taki sposób, że wchodzą do niej linie magnetyczne siły, a 4 wyciągnięte palce są skierowane wzdłuż prądu, wówczas zgięty kciuk wskaże kierunek siły.

Siłę działającą na drut o skończonej długości można znaleźć całkując po całej długości.

Gdy I = const, B=const, F = BIlsin

Jeżeli  =90 0, F = BIl

Indukcja pola magnetycznego- wektorowa wielkość fizyczna, liczbowo równa sile działającej w jednorodnym polu magnetycznym na przewodnik o jednostkowej długości z jednostkowym prądem, położony prostopadle do magnetycznych linii siły.

1T to indukcja jednorodnego pola magnetycznego, w którym siła 1N działa na przewodnik o długości 1m, przez który płynie prąd o natężeniu 1A, położony prostopadle do linii sił magnetycznych.

Do tej pory rozważaliśmy makroprądy płynące w przewodnikach. Jednak zgodnie z założeniem Ampere'a w każdym ciele występują mikroskopijne prądy spowodowane ruchem elektronów w atomach. Te mikroskopijne prądy molekularne wytwarzają własne pole magnetyczne i mogą obracać się w polach makroprądów, tworząc dodatkowe pole magnetyczne w organizmie. Wektor charakteryzuje powstałe pole magnetyczne wytwarzane przez wszystkie makro- i mikroprądy, tj. przy tym samym makroprądzie wektor w różnych środowiskach ma różne wartości.

Pole magnetyczne makroprądów opisuje wektor natężenia magnetycznego.

Dla jednorodnego ośrodka izotropowego

,

 0 = 410 -7 H/m - stała magnetyczna,  0 = 410 -7 nie dotyczy 2,

 jest przenikalnością magnetyczną ośrodka, pokazującą, ile razy zmienia się pole magnetyczne makroprądów pod wpływem pola mikroprądów ośrodka.

Strumień magnetyczny. Twierdzenie Gaussa dotyczące strumienia magnetycznego.

Przepływ wektorowy(strumień magnetyczny) przez teren dS zwany ilość skalarna, równy

gdzie jest rzutem na kierunek normalnej do miejsca;

 jest kątem między wektorami i.

Kierunkowy element powierzchniowy,

Strumień wektorowy jest wielkością algebraiczną,

Jeśli - podczas opuszczania powierzchni;

Jeśli - po wejściu na powierzchnię.

Strumień wektora indukcji magnetycznej przez dowolną powierzchnię S jest równy

Dla jednolitego pola magnetycznego = const,

1 Wb - strumień magnetyczny przechodzący przez płaską powierzchnię o powierzchni 1 m 2 umieszczoną prostopadle do jednolitego pola magnetycznego, którego indukcja wynosi 1 T.

Strumień magnetyczny przez powierzchnię S jest liczbowo równy liczbie linii pola magnetycznego przecinających tę powierzchnię.

Ponieważ linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte, dla zamkniętej powierzchni liczba linii wchodzących na powierzchnię (Ф 0), dlatego całkowity strumień indukcji magnetycznej przez zamkniętą powierzchnię wynosi zero.

- Twierdzenie Gaussa: Strumień wektora indukcji magnetycznej przez dowolną zamkniętą powierzchnię wynosi zero.

Twierdzenie to jest matematycznym wyrazem faktu, że w przyrodzie nie ma ładunków magnetycznych, na których zaczynają się lub kończą linie indukcji magnetycznej.

Prawo Biota-Savarta-Laplace'a i jego zastosowanie do obliczania pól magnetycznych.

Pole magnetyczne prądów stałych o różnych kształtach szczegółowo badał ks. naukowcy Biot i Savard. Ustalili, że we wszystkich przypadkach indukcja magnetyczna w dowolnym punkcie jest proporcjonalna do natężenia prądu i zależy od kształtu, wielkości przewodnika, położenia tego punktu względem przewodnika oraz od otoczenia.

Wyniki tych doświadczeń podsumował ks. matematyk Laplace, który wziął pod uwagę wektorową naturę indukcji magnetycznej i postawił hipotezę, że indukcja w każdym punkcie jest, zgodnie z zasadą superpozycji, sumą wektorową indukcji elementarnych pól magnetycznych wytwarzanych przez każdy odcinek tego przewodnika.

Laplace sformułował w 1820 r. Prawo, które nazwano prawem Biota-Savarta-Laplace'a: każdy element przewodnika przewodzącego prąd wytwarza pole magnetyczne, którego wektor indukcji w pewnym dowolnym punkcie K jest określony wzorem:

- Prawo Biota-Savarta-Laplace'a.

Z prawa Biota-Sauvara-Laplace'a wynika, że ​​kierunek wektora pokrywa się z kierunkiem iloczynu wektora. Ten sam kierunek wyznacza zasada prawej śruby (świdra).

Biorąc pod uwagę, że,

Element przewodzący współkierowany z prądem;

Wektor promienia łączący się z punktem K;

Prawo Biota-Savarta-Laplace'a ma znaczenie praktyczne, ponieważ pozwala znaleźć w danym punkcie przestrzeni indukcję pola magnetycznego prądu płynącego przez przewodnik o skończonych wymiarach i dowolnym kształcie.

W przypadku prądu o dowolnym kształcie takie obliczenie jest złożonym problemem matematycznym. Jeśli jednak rozkład prądu ma pewną symetrię, to zastosowanie zasady superpozycji wraz z prawem Biota-Savarta-Laplace'a pozwala w stosunkowo prosty sposób obliczyć określone pola magnetyczne.

Spójrzmy na kilka przykładów.

A. Pole magnetyczne prostoliniowego przewodnika, w którym płynie prąd.

dla przewodnika o skończonej długości:

dla przewodnika o nieskończonej długości:  1 = 0,  2 = 

B. Pole magnetyczne w środku prądu kołowego:

=90 0 , grzech=1,

Oersted odkrył eksperymentalnie w 1820 r., że cyrkulacja w zamkniętej pętli otaczającej układ makroprądów jest proporcjonalna do sumy algebraicznej tych prądów. Współczynnik proporcjonalności zależy od wyboru układu jednostek i w SI wynosi 1.

C
Cyrkulacja wektora nazywana jest całką w pętli zamkniętej.

Ta formuła nazywa się twierdzenie o cyrkulacji lub całkowite prawo prądu:

cyrkulacja wektora natężenia pola magnetycznego wzdłuż dowolnego obwodu zamkniętego jest równa sumie algebraicznej makroprądów (lub prądu całkowitego) objętych tym obwodem. jego cechy W przestrzeni otaczającej prądy i magnesy trwałe powstaje siła pole, zwany magnetyczny. Dostępność magnetyczny pola jest odkryty...

O rzeczywistej strukturze elektromagnetycznej pola I jego cechy propagacja w postaci fal płaskich.

Artykuł >> Fizyka

O PRAWDZIWEJ STRUKTURZE ELEKTROMAGNETYCZNEJ POLA I JEGO CHARAKTERYSTYKA ROZPRZEGLĄDANIE W FORMIE FAL PŁASKICH...inne składowe pojedynczego pola: elektromagnetyczny pole z komponentami wektorowymi i elektrycznymi pole z komponentami i magnetyczny pole z komponentami...

Magnetyczny pole, obwody i indukcja

Streszczenie >> Fizyka

... pola). Podstawowy Charakterystyka magnetyczny pola Jest jego siła określona wektorem magnetyczny indukcja (wektor indukcji magnetyczny pola). W SI magnetyczny... mieć magnetyczny za chwilę. Magnetyczny pole I jego Parametry Kierunek magnetyczny linie i...

Magnetyczny pole (2)

Streszczenie >> Fizyka

Przekrój przewodu AB z prądem w magnetyczny pole prostopadły jego magnetyczny linie. Gdy pokazano na rysunku... wartość zależy tylko od magnetyczny pola i może służyć jego ilościowy Charakterystyka. Wartość ta jest akceptowana...

Magnetyczny materiały (2)

Streszczenie >> Ekonomia

Materiały, z którymi mamy kontakt magnetyczny pole, wyrażone w jego zmianie, jak również w innych... i po zaprzestaniu narażenia magnetyczny pola.1. Podstawowy cechy magnetyczny materiałyWłaściwości magnetyczne materiałów charakteryzują się...

Pole magnetyczne Ziemi

Pole magnetyczne to pole siłowe, które działa na poruszające się ładunki elektryczne oraz na ciała posiadające moment magnetyczny, niezależnie od ich stanu ruchu.

Źródłami makroskopowego pola magnetycznego są namagnesowane ciała, przewodniki przewodzące prąd i poruszające się ciała naładowane elektrycznie. Natura tych źródeł jest taka sama: pole magnetyczne powstaje w wyniku ruchu naładowanych mikrocząstek (elektronów, protonów, jonów), a także w wyniku obecności własnego (spinowego) momentu magnetycznego mikrocząstek.

Zmienne pole magnetyczne występuje również wtedy, gdy pole elektryczne zmienia się w czasie. Z kolei gdy pole magnetyczne zmienia się w czasie, pojawia się pole elektryczne. Pełny opis pola elektryczne i magnetyczne w ich związku dają równania Maxwella. Aby scharakteryzować pole magnetyczne, często wprowadza się pojęcie linii pola (linii indukcji magnetycznej).

Do pomiaru charakterystyki pola magnetycznego i właściwości magnetycznych substancji używają różne rodzaje magnetometry. Jednostką indukcji pola magnetycznego w układzie jednostek CGS jest Gauss (G), in System międzynarodowy jednostki (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Natężenie mierzone jest odpowiednio w oerstedach (Oe) i amperach na metr (A/m, 1 A/m = 0,01256 Oe; energia pola magnetycznego - w Erg/cm2 lub J/m2, 1 J/m2 = 10 erg/ cm2.

Kompas reaguje
na ziemskie pole magnetyczne

Pola magnetyczne w przyrodzie są niezwykle zróżnicowane zarówno pod względem skali, jak i skutków, jakie powodują. Ziemskie pole magnetyczne, które tworzy ziemską magnetosferę, rozciąga się na odległość 70-80 tysięcy km w kierunku Słońca i wiele milionów km w przeciwnym kierunku. Na powierzchni Ziemi pole magnetyczne wynosi średnio 50 μT, na granicy magnetosfery ~ 10 -3 G. Pole geomagnetyczne osłania powierzchnię Ziemi i biosferę przed przepływem naładowanych cząstek wiatru słonecznego i częściowo promieni kosmicznych. Magnetobiologia bada wpływ samego pola geomagnetycznego na aktywność życiową organizmów. W przestrzeni blisko Ziemi pole magnetyczne tworzy pułapkę magnetyczną dla naładowanych cząstek o dużej energii – pas radiacyjny Ziemi. Cząsteczki zawarte w pasie promieniowania stanowią poważne zagrożenie podczas lotu w przestrzeń kosmiczną. Pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego jest związane z ruchami konwekcyjnymi przewodzącej ciekłej materii w jądrze Ziemi.

Pomiary bezpośrednie za pomocą statek kosmiczny pokazał, że jest najbliżej Ziemi ciała kosmiczne- Księżyc, planety Wenus i Mars nie mają własnego pola magnetycznego podobnego do ziemskiego. Z innych planet Układ Słoneczny tylko Jowisz i najwyraźniej Saturn mają własne pola magnetyczne wystarczające do stworzenia planetarnych pułapek magnetycznych. Na Jowiszu odkryto pola magnetyczne do 10 G oraz szereg charakterystycznych zjawisk (burze magnetyczne, emisja radiowa synchrotronu i inne), co wskazuje na znaczącą rolę pola magnetycznego w procesach planetarnych.

© Zdjęcie: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografia słońca
w wąskim spektrum

Międzyplanetarne pole magnetyczne to głównie pole wiatru słonecznego (ciągle rozszerzającej się plazmy korony słonecznej). W pobliżu orbity Ziemi pole międzyplanetarne wynosi ~ 10 -4 -10 -5 Gs. W wyniku rozwoju regularność międzyplanetarnego pola magnetycznego może zostać zakłócona różne rodzaje niestabilność plazmy, przechodzenie fal uderzeniowych i rozprzestrzenianie się strumieni szybkich cząstek generowanych przez rozbłyski słoneczne.

We wszystkich procesach zachodzących na Słońcu - rozbłyskach, pojawianiu się plam i protuberancji, narodzinach słonecznych promieni kosmicznych, pole magnetyczne odgrywa kluczową rolę. Pomiary oparte na efekcie Zeemana wykazały, że pole magnetyczne plam słonecznych sięga kilku tysięcy gausów, protuberancje utrzymywane są przez pola o wartości ~10-100 gausów (przy średniej wartości całkowitego pola magnetycznego Słońca ~1 gauss).

Burze magnetyczne

Burze magnetyczne to silne zakłócenia w polu magnetycznym Ziemi, gwałtownie zakłócające płynny cykl dobowy elementów magnetyzmu Ziemi. Burze magnetyczne trwają od kilku godzin do kilku dni i obserwowane są jednocześnie na całej Ziemi.

Z reguły burze magnetyczne składają się z fazy wstępnej, początkowej i głównej, a także fazy ożywienia. W fazie wstępnej obserwuje się niewielkie zmiany pola geomagnetycznego (głównie na dużych szerokościach geograficznych) oraz wzbudzenie charakterystycznych krótkotrwałych oscylacji pola. Faza początkowa charakteryzuje się nagłą zmianą poszczególnych składowych pola na całej Ziemi, natomiast faza główna charakteryzuje się dużymi fluktuacjami pola i silnym spadkiem składowej poziomej. Podczas fazy odzyskiwania burzy magnetycznej pole powraca do swojej normalnej wartości.

Wpływ wiatru słonecznego
do ziemskiej magnetosfery

Burze magnetyczne są wywoływane przez strumienie plazmy słonecznej z aktywnych obszarów Słońca nałożone na spokojny wiatr słoneczny. Dlatego burze magnetyczne częściej obserwuje się w pobliżu maksimów 11-letniego cyklu aktywności Słońca. Docierając do Ziemi, strumienie plazmy słonecznej zwiększają kompresję magnetosfery, powodując początkową fazę burzy magnetycznej i częściowo przenikają do magnetosfery Ziemi. Przedostanie się cząstek wysokoenergetycznych do górnych warstw atmosfery Ziemi i ich oddziaływanie na magnetosferę prowadzi do powstania i intensyfikacji w niej prądów elektrycznych, osiągając największe natężenie w polarnych obszarach jonosfery, co wiąże się z obecnością strefy aktywności magnetycznej położonej na dużych szerokościach geograficznych. Zmiany w układach prądów magnetosferyczno-jonosferycznych objawiają się na powierzchni Ziemi w postaci nieregularnych zaburzeń magnetycznych.

W zjawiskach mikroświata rola pola magnetycznego jest równie znacząca, jak w skali kosmicznej. Wyjaśnia to istnienie momentu magnetycznego we wszystkich cząstkach - elementach strukturalnych materii (elektrony, protony, neutrony), a także wpływ pola magnetycznego na poruszające się ładunki elektryczne.

Zastosowanie pól magnetycznych w nauce i technice. Pola magnetyczne dzieli się zazwyczaj na słabe (do 500 Gs), średnie (500 Gs - 40 kG), silne (40 kG - 1 MG) i ultrasilne (ponad 1 MG). Prawie cała elektrotechnika, radiotechnika i elektronika opierają się na wykorzystaniu słabych i średnich pól magnetycznych. Słabe i średnie pola magnetyczne uzyskuje się za pomocą magnesów trwałych, elektromagnesów, niechłodzonych solenoidów i magnesów nadprzewodzących.

Źródła pola magnetycznego

Wszystkie źródła pól magnetycznych można podzielić na sztuczne i naturalne. Głównymi naturalnymi źródłami pola magnetycznego są własne pole magnetyczne planety Ziemia i wiatr słoneczny. Źródła sztuczne obejmują wszystko pola elektromagnetyczne, którego u nas jest tak dużo nowoczesny świat a w szczególności nasze domy. Przeczytaj więcej o nas i poczytaj o nas.

Pojazdy napędzane elektrycznie są silnym źródłem pola magnetycznego w zakresie od 0 do 1000 Hz. Transport kolejowy wykorzystuje prąd przemienny. Transport miejski jest stały. Maksymalne wartości indukcji pola magnetycznego w podmiejskim transporcie elektrycznym sięgają 75 μT, średnie wartości wynoszą około 20 μT. Wartości średnie dla pojazdów napędzanych przez prąd stały zarejestrowane przy 29 µT. W tramwajach, gdzie przewodem powrotnym są szyny, pola magnetyczne w znacznym stopniu znoszą się większy dystans niż przewody trolejbusu, a wewnątrz trolejbusu wahania pola magnetycznego są niewielkie nawet podczas przyspieszania. Ale największe wahania pola magnetycznego występują w metrze. Kiedy pociąg odjeżdża, pole magnetyczne na peronie wynosi 50–100 µT lub więcej i przekracza pole geomagnetyczne. Nawet gdy pociąg już dawno zniknie w tunelu, pole magnetyczne nie wraca do poprzedniej wartości. Dopiero po przejechaniu przez pociąg kolejnego punktu podłączenia do szyny jezdnej pole magnetyczne powróci do dawnej wartości. To prawda, czasami nie ma czasu: następny pociąg już zbliża się do peronu, a gdy zwalnia, pole magnetyczne znów się zmienia. W samym wagonie pole magnetyczne jest jeszcze silniejsze – 150–200 µT, czyli dziesięć razy więcej niż w zwykłym pociągu.

Wartości indukcyjne pól magnetycznych, z którymi najczęściej się spotykamy Życie codzienne pokazano na poniższym schemacie. Patrząc na ten diagram, jasne jest, że jesteśmy narażeni na działanie pól magnetycznych przez cały czas i wszędzie. Według niektórych naukowców pola magnetyczne o indukcji powyżej 0,2 µT uważane są za szkodliwe. To naturalne, że należy podjąć pewne środki ostrożności, aby uchronić się przed szkodliwym działaniem otaczających nas pól. Stosując się do kilku prostych zasad, można znacznie zmniejszyć wpływ pól magnetycznych na organizm.

Aktualna norma SanPiN 2.1.2.2801-10 „Zmiany i uzupełnienia nr 1 do SanPiN 2.1.2.2645-10 „Wymagania sanitarno-epidemiologiczne dotyczące warunków życia w budynkach i lokalach mieszkalnych” stanowi, co następuje: „Maksymalny dopuszczalny poziom tłumienia pola geomagnetycznego Pole na terenie budynków mieszkalnych ustala się na poziomie 1,5”. Ustalono również maksymalne dopuszczalne wartości natężenia i natężenia pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz:

• w lokalach mieszkalnych - 5µT Lub 4 rano;
• w pomieszczeniach niemieszkalnych budynków mieszkalnych, na obszarach mieszkalnych, w tym na terytorium działki ogrodowe —10 µT Lub 8 rano.

Na podstawie tych standardów każdy może obliczyć, ile urządzenia elektryczne może znajdować się w stanie włączenia i gotowości w każdym konkretnym pomieszczeniu lub na podstawie którego zostaną wydane zalecenia dotyczące normalizacji przestrzeni życiowej.

Powiązane wideo

Krótki film naukowy o polu magnetycznym Ziemi

Bibliografia

1. Wielka encyklopedia radziecka.

Pole magnetyczne- jest to ośrodek materialny, przez który zachodzi interakcja między przewodnikami z prądem lub poruszającymi się ładunkami.

Właściwości pola magnetycznego:

Charakterystyka pola magnetycznego:

Do badania pola magnetycznego stosuje się obwód testowy z prądem. Jest niewielki, a prąd w nim jest znacznie mniejszy niż prąd w przewodniku wytwarzającym pole magnetyczne. Po przeciwnych stronach obwodu przewodzącego prąd działają siły pola magnetycznego o jednakowej wielkości, ale skierowane w przeciwnych kierunkach, ponieważ kierunek siły zależy od kierunku prądu. Punkty przyłożenia tych sił nie leżą na tej samej linii prostej. Takie siły nazywane są parę sił. W wyniku działania pary sił obwód nie może poruszać się translacyjnie; obraca się wokół własnej osi. Charakteryzuje się działaniem obrotowym moment obrotowy.

, Gdzie l–wykorzystać parę sił(odległość pomiędzy punktami przyłożenia sił).

Wraz ze wzrostem prądu w obwodzie testowym lub obszarze obwodu moment obrotowy pary sił wzrośnie proporcjonalnie. Stosunek maksymalnego momentu siły działającej na obwód z prądem do wielkości prądu w obwodzie i powierzchni obwodu jest wartością stałą dla danego punktu pola. To jest nazwane Indukcja magnetyczna.

, Gdzie
-Moment magnetyczny obwód z prądem.

Jednostka Indukcja magnetyczna - Tesla [T].

Moment magnetyczny obwodu– wielkość wektora, którego kierunek zależy od kierunku prądu w obwodzie i jest określony przez reguła prawej śruby: zaciśnij prawą rękę w pięść, skieruj cztery palce w kierunku prądu w obwodzie, wtedy kciuk wskaże kierunek wektora momentu magnetycznego. Wektor momentu magnetycznego jest zawsze prostopadły do ​​płaszczyzny konturu.

Za kierunek wektora indukcji magnetycznej przyjąć kierunek wektora momentu magnetycznego obwodu, zorientowanego w polu magnetycznym.

Linia indukcji magnetycznej– prosta, której styczna w każdym punkcie pokrywa się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej. Linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte i nigdy się nie przecinają. Linie indukcji magnetycznej przewodnika prostego z prądem mają postać okręgów położonych w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika. Kierunek linii indukcji magnetycznej określa reguła śruby prawoskrętnej. Linie indukcji magnetycznej prądu kołowego(zwoje z prądem) również mają postać okręgów. Każdy element cewki ma długość
można sobie wyobrazić jako prosty przewodnik, który wytwarza własne pole magnetyczne. W przypadku pól magnetycznych obowiązuje zasada superpozycji (niezależnego dodawania). Całkowity wektor indukcji magnetycznej prądu kołowego wyznacza się w wyniku dodania tych pól w środku zwoju zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej.

Jeśli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej są takie same w każdym punkcie przestrzeni, wówczas nazywa się pole magnetyczne jednorodny. Jeżeli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej w każdym punkcie nie zmieniają się w czasie, wówczas takie pole nazywa się stały.

Ogrom Indukcja magnetyczna w dowolnym punkcie pola jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu w przewodniku tworzącym pole, odwrotnie proporcjonalna do odległości przewodnika od danego punktu pola, zależy od właściwości ośrodka i kształtu przewodnika tworzącego pole.

, Gdzie
WŁ. 2 ; Gn/m – stała magnetyczna próżni,

-względna przenikalność magnetyczna ośrodka,

-bezwzględna przenikalność magnetyczna ośrodka.

W zależności od wartości przenikalności magnetycznej wszystkie substancje dzielą się na trzy klasy:

Wraz ze wzrostem bezwzględnej przepuszczalności ośrodka wzrasta również indukcja magnetyczna w danym punkcie pola. Stosunek indukcji magnetycznej do bezwzględnej przenikalności magnetycznej ośrodka jest wartością stałą dla danego punktu poli, e nazywa się napięcie.

.

Wektory napięcia i indukcji magnetycznej pokrywają się w kierunku. Natężenie pola magnetycznego nie zależy od właściwości ośrodka.

Moc amperowa– siła, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem.

Gdzie l– długość przewodu, - kąt między wektorem indukcji magnetycznej a kierunkiem prądu.

Kierunek siły Ampera jest określony przez reguła lewej ręki: lewa ręka jest ustawiona tak, aby składowa wektora indukcji magnetycznej, prostopadła do przewodnika, wchodziła do dłoni, cztery wyciągnięte palce są skierowane wzdłuż prądu, następnie kciuk zgięty o 90 0 wskaże kierunek siły Ampera.

Skutkiem działania siły Ampera jest ruch przewodnika w danym kierunku.

mi Jeśli = 90 0, wówczas F=max, jeśli = 0 0 , wtedy F = 0.

Siła Lorentza– siła pola magnetycznego działającego na poruszający się ładunek.

, gdzie q to ładunek, v to prędkość jego ruchu, - kąt między wektorami napięcia i prędkości.

Siła Lorentza jest zawsze prostopadła do wektorów indukcji magnetycznej i prędkości. Kierunek jest wyznaczany przez reguła lewej ręki(palce podążają za ruchem ładunku dodatniego). Jeżeli kierunek prędkości cząstki jest prostopadły do ​​linii indukcji magnetycznej jednolitego pola magnetycznego, wówczas cząstka porusza się po okręgu, nie zmieniając swojej energii kinetycznej.

Ponieważ kierunek siły Lorentza zależy od znaku ładunku, służy ona do rozdzielania ładunków.

Strumień magnetyczny– wartość równa liczbie linii indukcji magnetycznej przechodzących przez dowolny obszar położony prostopadle do linii indukcji magnetycznej.

, Gdzie - kąt między indukcją magnetyczną a normalną (prostopadłą) do powierzchni S.

Jednostka– Weber [Wb].

Metody pomiaru strumienia magnetycznego:

Zmiana orientacji miejsca w polu magnetycznym (zmiana kąta)

Zmiana pola obwodu umieszczonego w polu magnetycznym

Zmiana natężenia prądu wytwarzająca pole magnetyczne

Zmiana odległości obwodu od źródła pola magnetycznego

Zmiany właściwości magnetycznych ośrodka.

F Araday zarejestrował prąd elektryczny w obwodzie, który nie zawierał źródła, ale znajdował się obok innego obwodu zawierającego źródło. Ponadto prąd w pierwszym obwodzie powstał w następujących przypadkach: przy dowolnej zmianie prądu w obwodzie A, przy względnym ruchu obwodów, po wprowadzeniu żelaznego pręta do obwodu A, przy ruchu magnesu trwałego względem siebie do obwodu B. Ukierunkowany ruch ładunków swobodnych (prądu) zachodzi tylko w polu elektrycznym. Oznacza to, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne, które wprawia w ruch swobodne ładunki przewodnika. To pole elektryczne nazywa się wywołany Lub wir.

Różnice pomiędzy wirowym polem elektrycznym a elektrostatycznym:

Źródłem pola wirowego jest zmienne pole magnetyczne.

Linie natężenia pola wirowego są zamknięte.

Praca wykonana przez to pole podczas przemieszczania ładunku w obwodzie zamkniętym nie jest równa zeru.

Cechą energetyczną pola wirowego nie jest potencjał, ale indukowany emf– wartość równa pracy sił zewnętrznych (sił pochodzenia nieelektrostatycznego), które powodują przemieszczanie się jednostki ładunku po obwodzie zamkniętym.

.Mierzone w woltach[W].

Wirowe pole elektryczne pojawia się przy każdej zmianie pola magnetycznego, niezależnie od tego, czy istnieje przewodzący obwód zamknięty, czy nie. Obwód pozwala jedynie na wykrycie wirowego pola elektrycznego.

Indukcja elektromagnetyczna- jest to występowanie indukowanego emf w obwodzie zamkniętym przy dowolnej zmianie strumienia magnetycznego przez jego powierzchnię.

Indukowany emf w obwodzie zamkniętym generuje prąd indukowany.

.

Kierunek prądu indukcyjnego zdeterminowany przez Reguła Lenza: indukowany prąd ma taki kierunek, że wytworzone przez niego pole magnetyczne przeciwdziała wszelkim zmianom strumienia magnetycznego, który wygenerował ten prąd.

Prawo Faradaya dotyczące indukcji elektromagnetycznej: Indukowany emf w zamkniętej pętli jest wprost proporcjonalny do szybkości zmian strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą.

T ok fuko– wirowe prądy indukcyjne powstające w dużych przewodnikach umieszczonych w zmiennym polu magnetycznym. Opór takiego przewodnika jest niski, ponieważ ma duży przekrój poprzeczny S, więc prądy Foucaulta mogą mieć dużą wartość, w wyniku czego przewodnik się nagrzewa.

Samoindukcja- jest to występowanie indukowanego emf w przewodniku, gdy zmienia się w nim natężenie prądu.

Przewodnik, w którym płynie prąd, wytwarza pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna zależy od natężenia prądu, dlatego też wewnętrzny strumień magnetyczny zależy również od natężenia prądu.

, gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności, indukcyjność.

Jednostka indukcyjność – Henry [H].

Indukcyjność przewodnika zależy od jego wielkości, kształtu i przenikalności magnetycznej ośrodka.

Indukcyjność rośnie wraz ze wzrostem długości przewodnika, indukcyjność zwoju jest większa niż indukcyjność prostego przewodnika o tej samej długości, indukcyjność cewki (przewodu o dużej liczbie zwojów) jest większa niż indukcyjność jednego zwoju , indukcyjność cewki wzrasta, jeśli wsunie się w nią żelazny pręt.

Prawo Faradaya dotyczące samoindukcji:
.

Samoindukowane emf jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu.

Samoindukowane emf generuje prąd samoindukcyjny, który zawsze zapobiega zmianie prądu w obwodzie, to znaczy, jeśli prąd wzrasta, prąd samoindukcyjny jest kierowany w przeciwnym kierunku, gdy prąd w obwodzie maleje, samoczynnie; prąd indukcyjny jest skierowany w tym samym kierunku. Im większa indukcyjność cewki, tym większy występuje w niej samoindukcyjny emf.

Energia pola magnetycznego jest równa pracy, którą prąd wykonuje, aby pokonać samoindukowany emf w czasie, gdy prąd wzrasta od zera do wartości maksymalnej.

.

Wibracje elektromagnetyczne– są to okresowe zmiany ładunku, natężenia prądu i wszelkich charakterystyk pól elektrycznych i magnetycznych.

Elektryczny układ oscylacyjny(obwód oscylacyjny) składa się z kondensatora i cewki indukcyjnej.

Warunki występowania oscylacji:

Układ należy wyprowadzić z równowagi; w tym celu należy naładować kondensator. Energia pola elektrycznego naładowanego kondensatora:

.

Układ musi powrócić do stanu równowagi. Pod wpływem pola elektrycznego ładunek przenosi się z jednej płytki kondensatora na drugą, to znaczy w obwodzie przepływającym przez cewkę pojawia się prąd elektryczny. Gdy prąd wzrasta w cewce, powstaje emf samoindukcji, prąd samoindukcji jest skierowany w przeciwnym kierunku. Kiedy prąd w cewce maleje, prąd samoindukcji jest kierowany w tym samym kierunku. Zatem prąd samoindukcji ma tendencję do przywracania układu do stanu równowagi.

Opór elektryczny obwodu powinien być niski.

Idealny obwód oscylacyjny nie ma oporu. Wibracje w nim nazywane są bezpłatny.

Dla każdego obwodu elektrycznego spełnione jest prawo Ohma, zgodnie z którym siła emf działająca w obwodzie jest równa sumie napięć we wszystkich sekcjach obwodu. W obwodzie oscylacyjnym nie ma źródła prądu, ale w cewce pojawia się samoindukcyjny emf, który jest równy napięciu na kondensatorze.

Wniosek: ładunek kondensatora zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym.

Napięcie kondensatora:
.

Siła prądu w obwodzie:
.

Ogrom
- amplituda prądu.

Różnica w stosunku do włączonej opłaty
.

Okres swobodnych oscylacji w obwodzie:

Energia pola elektrycznego kondensatora:

Energia pola magnetycznego cewki:

Energie pól elektrycznych i magnetycznych zmieniają się zgodnie z prawem harmonicznym, ale fazy ich oscylacji są różne: gdy energia pola elektrycznego jest maksymalna, energia pola magnetycznego wynosi zero.

Całkowita energia układu oscylacyjnego:
.

W idealny kontur całkowita energia się nie zmienia.

Podczas procesu oscylacji energia pola elektrycznego jest całkowicie przekształcana w energię pola magnetycznego i odwrotnie. Oznacza to, że energia w dowolnym momencie jest równa albo maksymalnej energii pola elektrycznego, albo maksymalnej energii pola magnetycznego.

Rzeczywisty obwód oscylacyjny zawiera opór. Wibracje w nim nazywane są zblakły.

Prawo Ohma będzie miało postać:

Przy założeniu, że tłumienie jest małe (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest znacznie większy od kwadratu współczynnika tłumienia), logarytmiczny ubytek tłumienia wynosi:

Przy silnym tłumieniu (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest mniejszy niż kwadrat współczynnika drgań):

Równanie to opisuje proces rozładowywania kondensatora do rezystora. W przypadku braku indukcyjności oscylacje nie wystąpią. Zgodnie z tym prawem zmienia się również napięcie na płytkach kondensatora.

Całkowita Energia w rzeczywistym obwodzie maleje, ponieważ ciepło jest uwalniane do rezystancji R podczas przepływu prądu.

Proces przejścia– proces zachodzący w obwodach elektrycznych podczas przejścia z jednego trybu pracy do drugiego. Szacowany czasowo ( ), podczas którego parametr charakteryzujący proces przejścia zmieni się e-krotnie.

Dla obwód z kondensatorem i rezystorem:
.

Teoria pola elektromagnetycznego Maxwella:

1 pozycja:

Każde zmienne pole elektryczne generuje wirowe pole magnetyczne. Zmienne pole elektryczne zostało nazwane przez Maxwella prądem przemieszczenia, ponieważ podobnie jak zwykły prąd wytwarza pole magnetyczne.

Aby wykryć prąd przemieszczenia, należy rozważyć przepływ prądu przez układ, w którym podłączony jest kondensator z dielektrykiem.

Gęstość prądu polaryzacji:
. Gęstość prądu jest skierowana w kierunku zmiany napięcia.

Pierwsze równanie Maxwella:
- wirowe pole magnetyczne generowane jest zarówno przez prądy przewodzenia (poruszające się ładunki elektryczne), jak i prądy przemieszczenia (przemienne pole elektryczne E).

2 pozycja:

Każde zmienne pole magnetyczne generuje wirowe pole elektryczne – podstawowe prawo indukcji elektromagnetycznej.

Drugie równanie Maxwella:
- łączy szybkość zmian strumienia magnetycznego przez dowolną powierzchnię i powstający w tym samym czasie obieg wektora natężenia pola elektrycznego.

Każdy przewodnik przewodzący prąd wytwarza pole magnetyczne w przestrzeni. Jeśli prąd jest stały (nie zmienia się w czasie), to związane z nim pole magnetyczne jest również stałe. Zmieniający się prąd wytwarza zmienne pole magnetyczne. Wewnątrz przewodnika, w którym płynie prąd, występuje pole elektryczne. Dlatego zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest wirowe, ponieważ linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte. Wielkość natężenia pola magnetycznego H jest proporcjonalna do szybkości zmian natężenia pola elektrycznego . Kierunek wektora natężenia pola magnetycznego związane ze zmianami natężenia pola elektrycznego zasada prawej śruby: zaciśnij prawą dłoń w pięść, skieruj kciuk w kierunku zmiany natężenia pola elektrycznego, wówczas zgięte 4 palce wskażą kierunek linii natężenia pola magnetycznego.

Każde zmieniające się pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne, którego linie napięcia są zamknięte i leżą w płaszczyźnie prostopadłej do natężenia pola magnetycznego.

Wielkość natężenia E wirowego pola elektrycznego zależy od szybkości zmian pola magnetycznego . Kierunek wektora E powiązany jest z kierunkiem zmian pola magnetycznego H poprzez regułę lewej śruby: zaciśnij lewą rękę w pięść, kciuk skieruj w stronę zmiany pola magnetycznego, zgięte cztery palce wskażą kierunek linii natężenia wirowego pola elektrycznego.

Reprezentuje zbiór wzajemnie połączonych wirowych pól elektrycznych i magnetycznych pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne nie pozostaje w miejscu powstania, lecz rozchodzi się w przestrzeni w postaci poprzecznej fali elektromagnetycznej.

Fala elektromagnetyczna– jest to propagacja w przestrzeni wirowych, powiązanych ze sobą pól elektrycznych i magnetycznych.

Warunek wystąpienia fali elektromagnetycznej– ruch ładunku z przyspieszeniem.

Równanie fali elektromagnetycznej:

- cykliczna częstotliwość oscylacji elektromagnetycznych

t – czas od początku oscylacji

l – odległość od źródła fali do danego punktu w przestrzeni

- prędkość propagacji fali

Czas potrzebny fali na podróż od źródła do określonego punktu.

Wektory E i H w fali elektromagnetycznej są prostopadłe do siebie i do prędkości propagacji fali.

Źródło fal elektromagnetycznych– przewodniki, przez które przepływają szybko zmienne prądy (makroemitery), a także wzbudzone atomy i cząsteczki (mikroemitery). Im wyższa częstotliwość oscylacji, tym lepsze fale elektromagnetyczne są emitowane w przestrzeni.

Właściwości fal elektromagnetycznych:

Wszystkie fale elektromagnetyczne są poprzeczny

W ośrodku jednorodnym fale elektromagnetyczne rozchodzą się ze stałą prędkością, która zależy od właściwości środowiska:

- względna stała dielektryczna ośrodka

- stała dielektryczna próżni,
F/m, Cl2/nm2

- względna przenikalność magnetyczna ośrodka

- stała magnetyczna próżni,
WŁ. 2 ; Gn/m

Fale elektromagnetyczne odbite od przeszkód, pochłonięte, rozproszone, załamane, spolaryzowane, ugięte, zakłócone.

Wolumetryczna gęstość energii Pole elektromagnetyczne składa się z objętościowych gęstości energii pól elektrycznych i magnetycznych:

Gęstość strumienia energii fali - intensywność fali:

-Wektor Umova-Poyntinga.

Wszystkie fale elektromagnetyczne są ułożone w szereg częstotliwości lub długości fal (
). Ten rząd jest skala fal elektromagnetycznych.

Wibracje o niskiej częstotliwości. 0 – 10 4 Hz. Pozyskiwane z generatorów. Słabo promieniują

Fale radiowe. 10 4 – 10 13 Hz. Są emitowane przez przewodniki stałe, w których płynie szybko prąd przemienny.

Promieniowanie podczerwone– fale emitowane przez wszystkie ciała o temperaturze powyżej 0 K, w wyniku procesów wewnątrzatomowych i wewnątrzcząsteczkowych.

Widzialne światło– fale działające na oko, wywołujące wrażenia wzrokowe. 380-760 nm

Promieniowanie ultrafioletowe. 10 – 380 nm. Światło widzialne i promieniowanie UV powstają, gdy zmienia się ruch elektronów w zewnętrznych powłokach atomu.

Promieniowanie rentgenowskie. 80 – 10 -5 nm. Występuje, gdy zmienia się ruch elektronów w wewnętrznych powłokach atomu.

Promieniowanie gamma. Zachodzi podczas rozpadu jąder atomowych.

Dobrze znane szerokie zastosowanie pole magnetyczne w życiu codziennym, w pracy i w domu badania naukowe. Wystarczy nazwać takie urządzenia generatorami prąd przemienny, silniki elektryczne, przekaźniki, akceleratory cząstek i różne czujniki. Przyjrzyjmy się bliżej, czym jest pole magnetyczne i jak powstaje.

Co to jest pole magnetyczne - definicja

Pole magnetyczne to pole siłowe działające na poruszające się naładowane cząstki. Wielkość pola magnetycznego zależy od szybkości jego zmian. Zgodnie z tą cechą wyróżnia się dwa rodzaje pól magnetycznych: dynamiczne i grawitacyjne.

Grawitacyjne pole magnetyczne powstaje tylko w pobliżu cząstek elementarnych i powstaje w zależności od cech ich struktury. Źródłami dynamicznego pola magnetycznego są poruszające się ładunki elektryczne lub ciała naładowane, przewodniki przewodzące prąd, a także substancje namagnesowane.

Właściwości pola magnetycznego

Wielkiemu francuskiemu naukowcowi Andre Ampère udało się odkryć dwie podstawowe właściwości pola magnetycznego:

1. Główną różnicą między polem magnetycznym a polem elektrycznym i jego główną właściwością jest to, że jest ono względne. Jeśli weźmiemy naładowane ciało, pozostawimy je nieruchome w jakimś układzie odniesienia i umieścimy w pobliżu igłę magnetyczną, wówczas będzie ono jak zwykle wskazywało północ. Oznacza to, że nie wykryje żadnego pola innego niż ziemskie. Jeśli zaczniesz przesuwać to naładowane ciało względem strzałki, zacznie się ono obracać - oznacza to, że gdy naładowane ciało się porusza, oprócz elektrycznego pojawia się również pole magnetyczne. Zatem pole magnetyczne pojawia się wtedy i tylko wtedy, gdy istnieje poruszający się ładunek.
2. Pole magnetyczne oddziałuje na inny prąd elektryczny. Można to zatem wykryć, śledząc ruch naładowanych cząstek - w polu magnetycznym będą się one odchylać, przewodniki z prądem będą się poruszać, rama z prądem będzie się obracać, namagnesowane substancje będą się przesuwać. Przypomnijmy tutaj igłę kompasu magnetycznego, zwykle kolorową Kolor niebieski, - w końcu to tylko kawałek namagnesowanego żelaza. Zawsze jest skierowana na północ, ponieważ Ziemia ma pole magnetyczne. Cała nasza planeta jest ogromnym magnesem: na biegunie północnym znajduje się południowy pas magnetyczny, a na biegunie południowym biegun geograficzny znajduje się północny biegun magnetyczny.

Ponadto właściwości pola magnetycznego obejmują następujące cechy:

1. Siłę pola magnetycznego opisuje indukcja magnetyczna – jest to wielkość wektorowa określająca siłę, z jaką pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się ładunki.
2. Pole magnetyczne może być typu stałego i zmiennego. Pierwsze jest generowane przez pole elektryczne, które nie zmienia się w czasie; indukcja takiego pola jest również stała. Drugi jest najczęściej generowany za pomocą cewek indukcyjnych zasilanych prądem przemiennym.
3. Pole magnetyczne nie jest odbierane ludzkimi zmysłami i jest rejestrowane jedynie przez specjalne czujniki.