این یک میدان نیرو است که تأثیر می گذارد بارهای الکتریکیو روی اجسامی که در حال حرکت هستند و دارای گشتاور مغناطیسی هستند، بدون توجه به وضعیت حرکت آنها. میدان مغناطیسی بخشی از جریان الکتریکی است میدان مغناطیسی.

جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. همچنین، یک میدان مغناطیسی در نتیجه برخی تغییرات موقتی در میدان الکتریکی ایجاد می شود.

بردار القایی میدان مغناطیسی B مشخصه نیروی اصلی میدان مغناطیسی است. در ریاضیات، B = B (X,Y,Z) به عنوان یک میدان برداری تعریف می شود. این مفهوم برای تعریف و مشخص کردن میدان مغناطیسی فیزیکی است. در علم، بردار القای مغناطیسی اغلب به سادگی، برای اختصار، میدان مغناطیسی نامیده می شود. بدیهی است که چنین برنامه ای امکان تفسیر آزادانه از این مفهوم را فراهم می کند.

یکی دیگر از ویژگی های میدان مغناطیسی جریان، پتانسیل برداری است.

که در ادبیات علمیشما اغلب می توانید آن را به عنوان یک ویژگی های اصلیمیدان مغناطیسی، در صورت عدم وجود محیط مغناطیسی (خلاء)، بردار شدت میدان مغناطیسی در نظر گرفته می شود. به طور رسمی، این وضعیت کاملاً قابل قبول است، زیرا در خلاء بردار شدت میدان مغناطیسی H و بردار القای مغناطیسی B بر هم منطبق هستند. در عین حال، بردار شدت میدان مغناطیسی در یک محیط مغناطیسی با همان معنای فیزیکی پر نمی شود و یک کمیت ثانویه است. بر این اساس، با برابری صوری این رویکردها برای خلاء، دیدگاه سیستماتیک در نظر گرفته می شود. بردار القای مغناطیسی مشخصه اصلی میدان مغناطیسی جریان است.

میدان مغناطیسی قطعاً وجود دارد نگاه خاصموضوع. با کمک این ماده، برهمکنش بین کسانی که دارای گشتاور مغناطیسی هستند و ذرات یا اجسام باردار متحرک رخ می دهد.

نظریه نسبیت خاص میدان های مغناطیسی را نتیجه وجود خود میدان های الکتریکی می داند.

میدان های مغناطیسی و الکتریکی با هم یک میدان الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند. تجلیات میدان الکترومغناطیسیامواج نور و الکترومغناطیسی است.

نظریه میدان مغناطیسی کوانتومی برهمکنش مغناطیسی را به عنوان یک مورد جداگانه از برهمکنش الکترومغناطیسی در نظر می گیرد. توسط یک بوزون بدون جرم حمل می شود. بوزون یک فوتون است، ذره ای که می توان آن را تحریک کوانتومی میدان الکترومغناطیسی در نظر گرفت.

میدان مغناطیسی یا توسط جریانی از ذرات باردار، یا توسط یک میدان الکتریکی که در فضای زمانی تبدیل می‌شود، یا توسط گشتاورهای مغناطیسی خود ذرات ایجاد می‌شود. برای درک یکنواخت، گشتاورهای مغناطیسی ذرات به طور رسمی به جریان الکتریکی کاهش می یابد.

محاسبه مقدار میدان مغناطیسی

موارد ساده محاسبه مقادیر میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان را با استفاده از قانون Biot-Savart-Laplace یا با استفاده از قضیه گردش ممکن می‌سازد. به همین ترتیب، مقدار میدان مغناطیسی را می توان برای جریانی که به طور دلخواه در یک حجم یا فضا توزیع شده است، پیدا کرد. بدیهی است که این قوانین برای میدان های مغناطیسی و الکتریکی ثابت یا نسبتاً آهسته در حال تغییر هستند. یعنی در موارد مغناطیس استاتیک. بیشتر موارد پیچیدهنیاز به محاسبه ارزش دارد جریان میدان مغناطیسیبا توجه به معادلات ماکسول

تجلی حضور میدان مغناطیسی.

تجلی اصلی میدان مغناطیسی تأثیر بر گشتاورهای مغناطیسی ذرات و اجسام، بر ذرات باردار در حال حرکت است. به زور لورنتسنیرویی است که بر یک ذره باردار الکتریکی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند تأثیر می گذارد. این نیرو دارای جهت عمود بر بردارهای v و B است که دائماً بیان شده است. همچنین مقداری متناسب با بار ذره q، مؤلفه سرعت v، که بر جهت بردار میدان مغناطیسی B عمود است، دارد. قدری که القای میدان مغناطیسی را بیان می کند B. نیروی لورنتس بر اساس سیستم بین المللی واحدها عبارت زیر را دارد: F = q، در سیستم واحد GHS: F=q/c

محصول متقاطع در پرانتز نشان داده شده است.

در نتیجه تأثیر نیروی لورنتس بر ذرات باردار که در امتداد یک رسانا حرکت می کنند، یک میدان مغناطیسی می تواند بر روی یک هادی حامل جریان عمل کند. نیروی آمپر نیرویی است که بر هادی حامل جریان وارد می شود. اجزای این نیرو به عنوان نیروهایی در نظر گرفته می شود که بر روی بارهای منفرد وارد می شوند که در داخل هادی حرکت می کنند.

پدیده برهمکنش بین دو آهنربا.

پدیده میدان مغناطیسی که می توانیم در آن با آن مواجه شویم زندگی روزمره، به برهمکنش دو آهنربا می گویند. در دفع قطب های مشابه از یکدیگر و جذب قطب های مخالف بیان می شود. از نقطه نظر رسمی، توصیف برهمکنش بین دو آهنربا به عنوان برهمکنش دو تک قطبی یک ایده نسبتا مفید، قابل اجرا و راحت است. در عین حال، تجزیه و تحلیل دقیق نشان می دهد که در واقعیت این توصیف کاملاً صحیحی از پدیده نیست. سوال اصلی که در چنین مدلی بی پاسخ می ماند این است که چرا تک قطبی ها را نمی توان جدا کرد. در واقع، به طور تجربی ثابت شده است که هر جسم جدا شده دارای بار مغناطیسی نیست. همچنین، این مدل را نمی توان برای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان ماکروسکوپی اعمال کرد.

از دیدگاه ما، این درست است که فرض کنیم نیروی وارد بر یک دوقطبی مغناطیسی واقع در یک میدان ناهمگن، آن را به گونه‌ای بچرخاند که گشتاور مغناطیسی دوقطبی هم جهت میدان مغناطیسی باشد. با این حال، هیچ آهنربایی وجود ندارد که تحت تأثیر کل نیروی وارد شده باشد جریان میدان مغناطیسی یکنواخت. نیرویی که بر دوقطبی مغناطیسی با گشتاور مغناطیسی وارد می شود متربا فرمول زیر بیان می شود:

.

نیروی وارد بر آهنربا از یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت با مجموع تمام نیروهایی که توسط این فرمول تعیین می شود و بر دوقطبی های اولیه تشکیل دهنده آهنربا تأثیر می گذارد بیان می شود.

القای الکترومغناطیسی

اگر شار بردار القای مغناطیسی از طریق مدار بسته در طول زمان تغییر کند، یک emf القایی الکترومغناطیسی در این مدار تشکیل می‌شود. اگر مدار بی حرکت باشد، توسط یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می شود که در نتیجه تغییر میدان مغناطیسی در طول زمان به وجود می آید. هنگامی که میدان مغناطیسی با زمان تغییر نمی کند و تغییری در شار به دلیل حرکت حلقه هادی وجود ندارد، EMF توسط نیروی لورنتس ایجاد می شود.

همانطور که یک بار الکتریکی در حالت سکون از طریق یک میدان الکتریکی روی بار دیگری اثر می گذارد، یک جریان الکتریکی نیز بر روی جریان دیگری از طریق یک میدان الکتریکی تأثیر می گذارد میدان مغناطیسی. تأثیر میدان مغناطیسی بر آهنرباهای دائمی به تأثیر آن بر بارهایی که در اتم های یک ماده حرکت می کنند و جریان های دایره ای میکروسکوپی ایجاد می کنند کاهش می یابد.

دکترین از الکترومغناطیسبر اساس دو حکم:

• میدان مغناطیسی بر بارها و جریان های متحرک تأثیر می گذارد.
• یک میدان مغناطیسی در اطراف جریان ها و بارهای متحرک ایجاد می شود.

برهم کنش آهنربایی

آهنربای دائمی(یا سوزن مغناطیسی) در امتداد نصف النهار مغناطیسی زمین جهت گیری شده است. انتهایی که به سمت شمال می رود نامیده می شود قطب شمال(N)، و انتهای مخالف آن است قطب جنوب(S). با نزدیک‌تر کردن دو آهن‌ربا به یکدیگر، متوجه می‌شویم که قطب‌های مشابه آنها دفع می‌شوند و قطب‌های غیرمشابه آنها جذب می‌شوند. برنج. 1 ).

اگر قطب ها را با برش آهنربای دائمی به دو قسمت جدا کنیم، متوجه می شویم که هر یک از آنها نیز دارای خواهند بود دو قطب، یعنی آهنربای دائمی خواهد بود ( برنج. 2 ). هر دو قطب - شمال و جنوب - از یکدیگر تفکیک ناپذیرند و از حقوق مساوی برخوردارند.

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط زمین یا آهنرباهای دائمی، مانند یک میدان الکتریکی، با خطوط مغناطیسی نیرو نشان داده می شود. تصویری از خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربا را می توان با قرار دادن یک ورق کاغذ روی آن به دست آورد که براده های آهن را در یک لایه یکنواخت بر روی آن می پاشند. با وارد شدن به یک میدان مغناطیسی، خاک اره مغناطیسی می شود - هر یک از آنها شمال و قطب های جنوب. قطب های مخالف تمایل دارند به یکدیگر نزدیک شوند، اما با اصطکاک خاک اره روی کاغذ از این امر جلوگیری می شود. اگر با انگشت خود به کاغذ ضربه بزنید، اصطکاک کاهش می یابد و براده ها به یکدیگر جذب می شوند و زنجیره هایی را تشکیل می دهند که خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهند.

بر برنج. 3 محل خاک اره و فلش های مغناطیسی کوچک را در میدان آهنربای مستقیم نشان می دهد که جهت خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد. این جهت جهت قطب شمال سوزن مغناطیسی در نظر گرفته می شود.

تجربه ارستد میدان مغناطیسی جریان

که در اوایل XIX V. دانشمند دانمارکی Ørstedانجام داد کشف مهم، کشف کرده است اثر جریان الکتریکی روی آهنرباهای دائمی . او یک سیم بلند را نزدیک یک سوزن مغناطیسی قرار داد. هنگامی که جریان از سیم عبور می کرد، فلش می چرخید و سعی می کرد خود را عمود بر آن قرار دهد ( برنج. 4 ). این را می توان با ظهور یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی توضیح داد.

خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک هادی مستقیم که جریان را حمل می کند، دایره های متحدالمرکزی هستند که در صفحه ای عمود بر آن قرار گرفته اند، با مراکزی در نقطه ای که جریان از آن عبور می کند. برنج. 5 ). جهت خطوط با قانون پیچ راست تعیین می شود:

اگر پیچ در جهت خطوط میدان بچرخد، در جهت جریان در هادی حرکت می کند. .

مشخصه قدرت میدان مغناطیسی است بردار القای مغناطیسی B . در هر نقطه به صورت مماس به خط میدان هدایت می شود. خطوط میدان الکتریکی با بارهای مثبت شروع و به بارهای منفی ختم می شوند و نیروی وارد بر بار در این میدان به صورت مماس بر خط در هر نقطه هدایت می شود. برخلاف میدان الکتریکی، خطوط میدان مغناطیسی بسته هستند که به دلیل عدم وجود "بارهای مغناطیسی" در طبیعت است.

میدان مغناطیسی یک جریان اساساً با میدانی که توسط یک آهنربای دائمی ایجاد می شود تفاوتی ندارد. از این نظر، یک آنالوگ آهنربای تخت یک سلونوئید طولانی است - یک سیم پیچ سیم، که طول آن به طور قابل توجهی بیشتر از قطر آن است. نمودار خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط او، نشان داده شده در برنج. 6 ، شبیه آهنربای تخت است ( برنج. 3 ). دایره ها نشان دهنده مقاطع سیمی است که سیم پیچ برقی را تشکیل می دهد. جریان هایی که در سیم به دور از ناظر می گذرند با ضربدرها و جریان های در جهت مخالف - به سمت ناظر - با نقطه نشان داده می شوند. همین عناوین برای خطوط میدان مغناطیسی زمانی که عمود بر صفحه نقشه هستند نیز پذیرفته می شود. برنج. 7 الف، ب).

جهت جریان در سیم پیچ شیر برقی و جهت خطوط میدان مغناطیسی داخل آن نیز با قاعده پیچ سمت راست مرتبط است که در این مورد به صورت زیر فرموله می شود:

اگر در امتداد محور شیر برقی نگاه کنید، جریانی که در جهت عقربه های ساعت می گذرد، میدان مغناطیسی در آن ایجاد می کند که جهت آن با جهت حرکت پیچ سمت راست منطبق است. برنج. 8 )

بر اساس این قانون، به راحتی می توان فهمید که شیر برقی نشان داده شده در برنج. 6 ، قطب شمال انتهای راست و قطب جنوب سمت چپ آن است.

میدان مغناطیسی داخل سلونوئید یکنواخت است - بردار القای مغناطیسی در آنجا مقدار ثابتی دارد (B = const). از این نظر، شیر برقی شبیه یک خازن صفحه موازی است که داخل آن یک خازن همگن است. میدان الکتریکی.

نیرویی که در میدان مغناطیسی بر روی یک هادی حامل جریان وارد می شود

به طور تجربی ثابت شد که نیرویی بر رسانایی که جریان را در میدان مغناطیسی حمل می کند، وارد می شود. در یک میدان یکنواخت، یک رسانای مستقیم به طول l، که از طریق آن یک جریان I جریان دارد، که عمود بر بردار میدان B قرار دارد، نیرو را تجربه می کند: F = I l B .

جهت نیرو تعیین می شود قانون دست چپ:

اگر چهار انگشت دراز شده دست چپ در جهت جریان در هادی قرار گیرند و کف دست بر بردار B عمود باشد، آنگاه شستجهت نیروی وارد بر هادی را نشان می دهد (برنج. 9 ).

لازم به ذکر است که نیروی وارد بر هادی با جریان در میدان مغناطیسی به صورت مماس بر خطوط نیروی آن مانند نیروی الکتریکی نیست، بلکه عمود بر آنها است. رسانایی که در امتداد خطوط نیرو قرار دارد تحت تأثیر نیروی مغناطیسی قرار نمی گیرد.

معادله F = IlBبیایید بدهیم ویژگی های کمیالقای میدان مغناطیسی

نگرش به خواص هادی بستگی ندارد و خود میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

بزرگی بردار القای مغناطیسی B از نظر عددی برابر است با نیروی وارد بر رسانایی با طول واحد که عمود بر آن قرار دارد و جریانی به اندازه یک آمپر از آن عبور می کند.

در سیستم SI، واحد القای میدان مغناطیسی تسلا (T) است:

یک میدان مغناطیسی جداول، نمودارها، فرمول ها

(برهمکنش آهنرباها، آزمایش ارستد، بردار القای مغناطیسی، جهت برداری، اصل برهم نهی. تصویر گرافیکیمیدان های مغناطیسی، خطوط القای مغناطیسی. شار مغناطیسی، ویژگی های انرژی میدان. نیروهای مغناطیسی، نیروی آمپر، نیروی لورنتس. حرکت ذرات باردار در میدان مغناطیسی. خواص مغناطیسی ماده، فرضیه آمپر)

موضوع: میدان مغناطیسی

تهیه شده توسط: Baygarashev D.M.

بررسی شده توسط: Gabdullina A.T.

یک میدان مغناطیسی

اگر دو هادی موازی به یک منبع جریان متصل شوند تا جریان الکتریکی از آنها بگذرد، بسته به جهت جریان در آنها، هادی ها یا دفع می شوند یا جذب می شوند.

توضیح این پدیده از موقعیت ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف رساناها - میدان مغناطیسی امکان پذیر است.

نیروهایی که هادی های حامل جریان با آنها برهمکنش می کنند نامیده می شوند مغناطیسی.

یک میدان مغناطیسی- این نوع خاصی از ماده است که ویژگی خاص آن تأثیر بر بار الکتریکی متحرک، هادی های حامل جریان، اجسام با گشتاور مغناطیسی، با نیروی بسته به بردار سرعت بار، جهت جریان در هادی و جهت گشتاور مغناطیسی بدن.

تاریخچه مغناطیس به دوران باستان، به تمدن های باستانی آسیای صغیر باز می گردد. در قلمرو آسیای صغیر در منیزیا بود که سنگ هایی پیدا شد که نمونه هایی از آنها به یکدیگر جذب شدند. بر اساس نام منطقه، چنین نمونه هایی شروع به "آهن ربا" نامیدند. هر میله یا آهنربای نعل اسبی دو سر دارد که قطب نامیده می شود. در این مکان است که به شدت خود را نشان می دهد خواص مغناطیسی. اگر آهن ربا را به ریسمانی آویزان کنید، یک قطب همیشه به سمت شمال است. قطب نما بر این اصل استوار است. قطب شمال آهنربای آویزان آزاد، قطب شمال آهنربا (N) نامیده می شود. قطب مقابل، قطب جنوب (S) نامیده می شود.

قطب های مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند: مانند قطب ها دفع می کنند و برخلاف قطب ها جذب می شوند. مشابه مفهوم میدان الکتریکی احاطه کننده بار الکتریکی، مفهوم میدان مغناطیسی اطراف آهنربا معرفی شده است.

در سال 1820، اورستد (1851-1777) کشف کرد که یک سوزن مغناطیسی که در کنار هادی الکتریکی قرار دارد، هنگامی که جریان از طریق هادی عبور می کند، منحرف می شود، یعنی یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی حامل جریان ایجاد می شود. اگر یک قاب را با جریان بگیریم، میدان مغناطیسی خارجی با میدان مغناطیسی قاب تعامل می‌کند و روی آن اثر جهت‌دهنده می‌گذارد، یعنی موقعیتی از قاب وجود دارد که میدان مغناطیسی خارجی حداکثر اثر چرخشی را روی آن دارد. ، و موقعیتی وجود دارد که نیروی گشتاور صفر باشد.

میدان مغناطیسی در هر نقطه را می توان با بردار B مشخص کرد که نامیده می شود بردار القای مغناطیسییا القای مغناطیسیدر نقطه

القای مغناطیسی B بردار است کمیت فیزیکی، که مشخصه قدرت میدان مغناطیسی در یک نقطه است. برابر است با نسبت حداکثر گشتاور مکانیکی نیروهای وارد بر یک قاب با جریان قرار گرفته در یک میدان یکنواخت به حاصل ضرب قدرت جریان در قاب و مساحت آن:

جهت بردار القای مغناطیسی B را جهت نرمال مثبت به قاب می گیرند که با قانون پیچ سمت راست با گشتاور مکانیکی برابر با صفر به جریان موجود در قاب مربوط می شود.

همانطور که خطوط شدت میدان الکتریکی به تصویر کشیده شد، خطوط القای میدان مغناطیسی نیز به تصویر کشیده می شوند. خط میدان مغناطیسی یک خط فرضی است که مماس آن با جهت B در یک نقطه منطبق است.

جهت میدان مغناطیسی در یک نقطه مشخص را می توان به عنوان جهتی که نشان می دهد نیز تعریف کرد

قطب شمال سوزن قطب نما در این نقطه قرار گرفته است. اعتقاد بر این است که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال به سمت جنوب هدایت می شوند.

جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی ایجاد شده است شوک الکتریکی، که در امتداد یک هادی مستقیم جریان دارد، توسط قاعده پیچ یا پیچ راست تعیین می شود. جهت خطوط القای مغناطیسی جهت چرخش سر پیچ در نظر گرفته می شود که حرکت انتقالی آن را در جهت جریان الکتریکی تضمین می کند (شکل 59).

که در آن n01 = 4 پی 10 -7 ولت s/(A m). - ثابت مغناطیسی، R - فاصله، I - قدرت جریان در هادی.

بر خلاف خطوط قدرت میدان الکترواستاتیک، که در شروع بار مثبتو با پایان منفی، خطوط القای میدان مغناطیسی همیشه بسته هستند. هیچ بار مغناطیسی مشابه بار الکتریکی شناسایی نشد.

یک تسلا (1 T) به عنوان واحد القاء در نظر گرفته می شود - القای چنین میدان مغناطیسی یکنواختی که در آن حداکثر گشتاور مکانیکی 1 نیوتن متر بر روی یک قاب با مساحت 1 متر مربع اعمال می شود که از طریق آن جریانی از 1 A جریان دارد.

القای میدان مغناطیسی را می توان با نیروی وارد بر رسانای حامل جریان در میدان مغناطیسی نیز تعیین کرد.

یک هادی حامل جریان که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد توسط یک نیروی آمپر وارد می شود که بزرگی آن با عبارت زیر تعیین می شود:

جایی که من قدرت فعلی در هادی است، ل -طول هادی، B بزرگی بردار القای مغناطیسی است و زاویه بین بردار و جهت جریان است.

جهت نیروی آمپر را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت را در جهت جریان در هادی قرار می دهیم، سپس شست خم شده جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن I = q 0 nSv و جایگزینی این عبارت به (3.21)، F = q 0 nSh/B sin به دست می آوریم. آ. تعداد ذرات (N) در یک حجم معین از یک هادی N = nSl است، سپس F = q 0 NvB sin آ.

اجازه دهید نیروی وارد شده توسط میدان مغناطیسی بر ذره باردار منفرد را که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، تعیین کنیم:

این نیرو را نیروی لورنتس (1853-1928) می نامند. جهت نیروی لورنتز را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت جهت حرکت بار مثبت را نشان می دهد. انگشت خم شده جهت نیروی لورنتس را نشان می دهد.

نیروی برهمکنش بین دو رسانای موازی که دارای جریان I 1 و I 2 هستند برابر است با:

جایی که ل -بخشی از یک هادی که در میدان مغناطیسی قرار دارد. اگر جریان ها در یک جهت باشند، هادی ها جذب می شوند (شکل 60)، اگر در جهت مخالف باشند، دفع می کنند. نیروهای وارد بر هر هادی از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند. فرمول (3.22) برای تعیین واحد جریان 1 آمپر (1 A) پایه است.

خواص مغناطیسی یک ماده با یک کمیت فیزیکی اسکالر مشخص می شود - نفوذپذیری مغناطیسی، که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در ماده ای که کاملاً میدان را پر می کند، از نظر اندازه با القای B 0 میدان مغناطیسی در متفاوت است. خلاء:

با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد به دو دسته تقسیم می شوند دیامغناطیس، پارامغناطیسو فرومغناطیسی.

اجازه دهید ماهیت خواص مغناطیسی مواد را در نظر بگیریم.

الکترون های موجود در پوسته اتم های یک ماده در مدارهای مختلف حرکت می کنند. برای ساده‌تر شدن، این مدارها را دایره‌ای در نظر می‌گیریم و هر الکترونی که به دور هسته اتم می‌چرخد را می‌توان به عنوان جریان الکتریکی دایره‌ای در نظر گرفت. هر الکترون مانند یک جریان دایره ای میدان مغناطیسی ایجاد می کند که آن را مداری می نامیم. علاوه بر این، یک الکترون در یک اتم میدان مغناطیسی خاص خود را دارد که به آن میدان اسپین می گویند.

اگر با القای B 0 به میدان مغناطیسی خارجی وارد شود، القای B در داخل ماده ایجاد شود.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن< 1).

که در دیامغناطیسیدر مواد در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، میدان‌های مغناطیسی الکترون‌ها جبران می‌شوند و زمانی که آنها به میدان مغناطیسی وارد می‌شوند، القای میدان مغناطیسی اتم در مقابل میدان خارجی قرار می‌گیرد. ماده دیامغناطیسی از میدان مغناطیسی خارجی بیرون رانده می شود.

U پارامغناطیسالقای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها به طور کامل جبران نمی شود و اتم به عنوان یک کل مانند یک آهنربای دائمی کوچک است. معمولاً در یک ماده، همه این آهنرباهای کوچک به طور تصادفی جهت می گیرند و مجموع القای مغناطیسی همه میدان های آنها صفر است. اگر یک پارامغناطیس را در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهید، تمام آهنرباهای کوچک - اتم ها مانند سوزن های قطب نما در میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و میدان مغناطیسی در ماده افزایش می یابد. n >= 1).

فرومغناطیسیآن موادی هستند که در آنها n 1. در مواد فرومغناطیسی، به اصطلاح دامنه ها ایجاد می شوند، مناطق ماکروسکوپی مغناطیسی خود به خودی.

در حوزه های مختلف، القای میدان مغناطیسی جهت های متفاوتی دارند (شکل 61) و در یک کریستال بزرگ

متقابل یکدیگر را جبران کنند. هنگامی که یک نمونه فرومغناطیسی به یک میدان مغناطیسی خارجی وارد می شود، مرزهای حوزه های جداگانه تغییر می کند به طوری که حجم حوزه های جهت گیری در امتداد میدان خارجی افزایش می یابد.

با افزایش القای میدان خارجی B 0، القای مغناطیسی ماده مغناطیسی افزایش می یابد. در برخی از مقادیر B 0 القاء متوقف می شود افزایش شدید. این پدیده اشباع مغناطیسی نامیده می شود.

یکی از ویژگی های مواد فرومغناطیسی پدیده هیسترزیس است که شامل وابستگی مبهم القای ماده به القای میدان مغناطیسی خارجی در هنگام تغییر است.

حلقه هیسترزیس مغناطیسی یک منحنی بسته است (cdc`d`c)، که وابستگی القاء در ماده را به دامنه القاء میدان خارجی با تغییر دوره ای نسبتاً آهسته در دومی بیان می کند (شکل 62).

حلقه هیسترزیس با مقادیر زیر مشخص می شود: B s، Br، B c. B s - حداکثر مقدار القای مواد در B 0s. در r القای باقیمانده است، برابر با مقدار القایی در ماده زمانی که القای میدان مغناطیسی خارجی از B0s به صفر کاهش می‌یابد. -B c و B c - نیروی اجباری - مقداری برابر با القای میدان مغناطیسی خارجی لازم برای تغییر القاء در ماده از باقیمانده به صفر است.

برای هر فرومغناطیس دمایی وجود دارد (نقطه کوری (J. Curie, 1859-1906) که بالاتر از آن فرومغناطیس خواص فرومغناطیسی خود را از دست می دهد.

دو راه برای وارد کردن فرومغناطیس مغناطیسی شده به حالت مغناطیسی زدایی وجود دارد: الف) آن را در بالای نقطه کوری گرم کنید و سرد کنید. ب) مواد را با یک میدان مغناطیسی متناوب با دامنه ای که به آرامی کاهش می دهد مغناطیسی کنید.

فرومغناطیس هایی با القای باقیمانده و نیروی اجباری کم، مغناطیسی نرم نامیده می شوند. آنها در دستگاه هایی که فرومغناطیس ها اغلب باید دوباره مغناطیس شوند (هسته ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره) کاربرد پیدا می کنند.

برای ساخت آهنرباهای دائمی از فرومغناطیس های سخت مغناطیسی که نیروی اجباری بالایی دارند استفاده می شود.

ما هنوز در مورد میدان مغناطیسی از مدرسه به یاد داریم، اما چیزی که این میدان مغناطیسی را نشان می دهد چیزی نیست که در خاطرات همه ظاهر شود. بیایید مطالبی را که پوشش داده‌ایم تجدید کنیم و شاید چیزهای جدید، مفید و جالبی را به شما بگوییم.

تعیین میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی میدان نیرویی است که بر بارهای الکتریکی متحرک (ذرات) تأثیر می گذارد. به لطف این میدان نیرو، اجسام به یکدیگر جذب می شوند. دو نوع میدان مغناطیسی وجود دارد:

1. گرانشی - منحصراً در نزدیکی ذرات بنیادی تشکیل می شود و قدرت آن بر اساس ویژگی ها و ساختار این ذرات متفاوت است.
2. دینامیک، تولید شده در اجسام با بارهای الکتریکی متحرک (فرستنده های جریان، مواد مغناطیسی).

نامگذاری میدان مغناطیسی برای اولین بار توسط M. Faraday در سال 1845 معرفی شد، اگرچه معنای آن کمی اشتباه بود، زیرا اعتقاد بر این بود که تأثیر و برهم کنش الکتریکی و مغناطیسی بر اساس یک میدان مادی انجام می شود. بعداً در سال 1873، D. Maxwell "ارائه کرد" نظریه کوانتوم، که در آن این مفاهیم شروع به تفکیک کردند و میدان نیرویی که قبلاً مشتق شده بود، میدان الکترومغناطیسی نامیده شد.

میدان مغناطیسی چگونه ظاهر می شود؟

میدان مغناطیسی اجسام مختلف توسط چشم انسان درک نمی شود و تنها حسگرهای ویژه می توانند آن را تشخیص دهند. منبع ظهور مغناطیسی درست نیرویدر مقیاس میکروسکوپی حرکت ریزذرات مغناطیسی (شارژ شده) است که عبارتند از:

• یون ها
• الکترون ها
• پروتون ها

حرکت آنها به دلیل گشتاور مغناطیسی اسپینی که در هر ریز ذره وجود دارد رخ می دهد.

میدان مغناطیسی، کجا می توان آن را یافت؟

مهم نیست که چقدر عجیب به نظر می رسد، تقریباً همه اجسام اطراف ما میدان مغناطیسی خاص خود را دارند. اگرچه در مفهوم بسیاری، تنها سنگریزه ای به نام آهنربا دارای میدان مغناطیسی است که اجسام آهنی را به سمت خود جذب می کند. در واقع نیروی جاذبه در همه اجسام وجود دارد، فقط با ظرفیت کمتری خود را نشان می دهد.

همچنین باید روشن شود که میدان نیرو که مغناطیسی نامیده می شود، تنها زمانی ظاهر می شود که بارهای الکتریکی یا اجسام در حال حرکت هستند.

بارهای ثابت دارای میدان نیروی الکتریکی هستند (این میدان می تواند در بارهای متحرک نیز وجود داشته باشد). معلوم می شود که منابع میدان مغناطیسی عبارتند از:

• آهنرباهای دائمی؛
• بارهای متحرک

دستورالعمل ها

ایجاد میدان مغناطیسی جریان یک هادی بردارید و آن را به منبع جریان وصل کنید و مطمئن شوید که هادی بیش از حد گرم نمی شود. یک سوزن مغناطیسی نازک به آن بیاورید که می تواند آزادانه بچرخد. هنگام نصب آن در نقاط مختلف فضای اطراف هادی، مطمئن شوید که در امتداد خطوط میدان مغناطیسی قرار گرفته است.

مغناطیسی رشتهمغناطیس دائمی یک آهنربای دائمی بگیرید و آن را در نزدیکی یک جسم حاوی مقدار زیادی از . یک نیروی مغناطیسی بلافاصله ظاهر می شود و آهنربا و بدنه آهنی را جذب می کند - این اثبات اصلی میدان مغناطیسی است. یک آهنربای دائمی را روی یک تکه کاغذ قرار دهید و براده های آهن ریز را دور آن بپاشید. پس از مدتی، نمادی بر روی یک تکه کاغذ ظاهر می شود که حضور خطوط میدان مغناطیسی را نشان می دهد. به آنها خطوط القای مغناطیسی می گویند.

ایجاد میدان مغناطیسی توسط یک سیم پیچ الکترومغناطیسی با سیم عایق شدهبه منبع جریان الکتریکی از طریق . برای جلوگیری از فرسودگی سیم، رئوستات را روی حداکثر مقاومت تنظیم کنید. یک مدار مغناطیسی را در سیم پیچ قرار دهید. این می تواند یک تکه آهن نرم یا. اگر قصد دارید یک مغناطیسی بدست آورید رشتههسته آهنی (هسته مغناطیسی) باید از صفحات جدا شده از یکدیگر مونتاژ شود تا از جریانات فوکو جلوگیری شود که در ایجاد میدان مغناطیسی اختلال ایجاد می کند. پس از اتصال مدار به منبع جریان، شروع به حرکت آهسته نوار لغزنده رئوستات کنید و مطمئن شوید که سیم پیچ سیم پیچ بیش از حد گرم نمی شود. در این صورت، مدار مغناطیسی به یک آهنربای قدرتمند تبدیل می شود که اجسام عظیم آهنی را جذب و نگه می دارد.

ایجاد برق قدرتمند آهنرباها- این یک کار فنی پیچیده است. در صنعت و همچنین در زندگی روزمره، آهنرباهای پرقدرت ضروری هستند. در تعدادی از کشورها، قطارهای شناور مغناطیسی در حال حاضر فعال هستند. خودروهای دارای موتور الکترومغناطیسی به زودی با برند Yo-mobile در بازار کشورمان به تعداد زیاد ظاهر می شوند. اما آهنرباهای پرقدرت چگونه ایجاد می شوند؟

دستورالعمل ها

در صنعت، آهنرباهای الکتریکی قدرتمند در همه جا استفاده می شود. طراحی آنها بسیار پیچیده تر از طرح دائمی است آهنرباها. برای ایجاد یک آهنربای الکتریکی قدرتمند، به یک سیم پیچ متشکل از سیم پیچی نیاز دارید سیم مسیو همچنین یک هسته آهنی. قدرت در در این موردفقط به قدرت جریان عبوری از سیم پیچ ها و همچنین تعداد چرخش سیم روی سیم پیچ بستگی دارد. شایان ذکر است که در یک قدرت جریان معین، مغناطش هسته آهن دچار اشباع می شود. بنابراین قوی ترین آهنرباهای صنعتی بدون آن ساخته می شوند. در عوض، مقداری سیم دیگر اضافه می شود. در اکثر آهنرباهای صنعتی قدرتمند با آهن، تعداد دور سیم به ندرت از ده در متر بیشتر می شود و جریان مصرفی دو آمپر است.

میدان مغناطیسی می تواند با حرکت ذرات باردار، میدان الکتریکی متناوب یا گشتاورهای مغناطیسی ذرات (در آهنرباهای دائمی) ایجاد شود. مغناطیسی و میدان الکتریکیمظاهر یک میدان مشترک - الکترومغناطیسی هستند.

حرکت منظم ذرات باردار

حرکت منظم ذرات باردار در هادی ها جریان الکتریکی نامیده می شود. برای به دست آوردن آن، باید یک میدان الکتریکی با استفاده از منابع جریانی ایجاد کنید که بارها را از هم جدا می کنند - مثبت و منفی. انرژی مکانیکی، داخلی یا هر انرژی دیگری در منبع به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

برای قضاوت در مورد وجود جریان در مدار از چه پدیده هایی می توان استفاده کرد؟

حرکت ذرات باردار در یک هادی قابل مشاهده نیست. با این حال، وجود جریان در یک مدار را می توان با علائم غیر مستقیم قضاوت کرد. به عنوان مثال، چنین پدیده هایی شامل اثرات حرارتی، شیمیایی و مغناطیسی جریان است که دومی در هر رسانا - جامد، مایع و گاز مشاهده می شود.

میدان مغناطیسی چگونه به وجود می آید؟

یک میدان مغناطیسی در اطراف هر رسانایی که جریان دارد وجود دارد. با حرکت اشیا ایجاد می شود. اگر بارها ثابت باشند، فقط یک میدان الکتریکی در اطراف خود ایجاد می کنند، اما به محض ایجاد جریان، یک میدان مغناطیسی جریان نیز ظاهر می شود.

چگونه می توان وجود میدان مغناطیسی را تشخیص داد؟

وجود میدان مغناطیسی قابل تشخیص است راه های مختلف. برای مثال می توانید از براده های کوچک آهن برای این کار استفاده کنید. در یک میدان مغناطیسی، آنها مغناطیسی می شوند و به فلش های مغناطیسی تبدیل می شوند (مانند قطب نما). محور هر فلش در جهت عمل نیروهای میدان مغناطیسی تنظیم می شود.

خود تجربه به این شکل است. روی مقوا قرار دهید لایه ی نازکبراده های آهن، یک هادی مستقیم را از آن عبور دهید و جریان را روشن کنید. خواهید دید که چگونه، تحت تأثیر میدان مغناطیسی جریان، خاک اره در اطراف هادی در دایره های متحدالمرکز قرار می گیرد. به این خطوط که سوزن های مغناطیسی در امتداد آنها قرار دارند خطوط میدان مغناطیسی مغناطیسی نامیده می شوند. "قطب شمال" فلش در هر نقطه از میدان به عنوان جهت در نظر گرفته می شود.

خطوط مغناطیسی میدان مغناطیسی که توسط جریان ایجاد می شود چیست؟

خطوط مغناطیسی میدان مغناطیسی جریان، منحنی های بسته ای هستند که یک هادی را در بر می گیرند. با کمک آنها می توان میدان های مغناطیسی را به تصویر کشید. و از آنجایی که در تمام نقاط فضای اطراف هادی میدان مغناطیسی وجود دارد، می توان یک خط مغناطیسی از هر نقطه ای در این فضا رسم کرد. جهت خطوط مغناطیسی به جهت جریان در هادی بستگی دارد.