Srovei tekant tiesiu laidininku, aplink jį atsiranda magnetinis laukas (26 pav.). Šio lauko magnetinės jėgos linijos yra išdėstytos koncentriniais apskritimais, kurių centre yra srovės laidininkas.

N

Magnetinio lauko linijų kryptį galima nustatyti naudojant gimlet taisyklę. Jei į priekį juda gimlet (27 pav.) sulygiuokite su srovės kryptimi laidininke, tada jos rankenos sukimas parodys elektros linijų kryptį magnetinis laukas aplink laidininką. Kuo didesnė srovė praeina per laidininką, tuo stipresnis aplink jį atsirandantis magnetinis laukas. Keičiantis srovės krypčiai, keičiasi ir magnetinis laukas.

Tolstant nuo laidininko, magnetinio lauko linijos yra retesnės.

Magnetinių laukų stiprinimo būdai. Norint gauti stiprius magnetinius laukus esant mažoms srovėms, jie paprastai padidina srovės laidininkų skaičių ir daro juos posūkių serijos pavidalu; toks prietaisas vadinamas ritė.

Kai laidininkas sulenktas ritės pavidalu (28 pav., a), visų šio laidininko sekcijų suformuoti magnetiniai laukai ritės viduje bus vienodos krypties. Todėl magnetinio lauko intensyvumas ritės viduje bus didesnis nei aplink tiesų laidininką. Sujungus virsta į ritę, magnetiniai laukai, su

sukuriami pavieniais posūkiais, sumuojasi (28 pav., b) ir jų jėgos linijos sujungiamos į bendrą magnetinį srautą. Tokiu atveju ritės viduje didėja lauko linijų koncentracija, t.y., stiprėja jos viduje esantis magnetinis laukas. Kuo didesnė srovė teka per ritę ir kuo daugiau joje yra posūkių, tuo stipresnis ritės sukuriamas magnetinis laukas.

Ritė, tekanti srove, yra dirbtinis elektrinis magnetas. Norint sustiprinti magnetinį lauką, į ritės vidų įkišama plieninė šerdis; toks prietaisas vadinamas elektromagnetu.

APIE



Taip pat galite nustatyti magnetinio lauko, kurį sukuria posūkis arba ritė, kryptį naudodami dešinę ranką (29 pav.) ir stulpelį (30 pav.).

18. Įvairių medžiagų magnetinės savybės.

Visos medžiagos, priklausomai nuo jų magnetinių savybių, skirstomos į tris grupes: feromagnetines, paramagnetines ir diamagnetines.

Feromagnetinės medžiagos yra geležis, kobaltas, nikelis ir jų lydiniai. Jie turi didelį magnetinį pralaidumą µ Ir gerai traukia magnetus ir elektromagnetus.

Paramagnetinėms medžiagoms priskiriamas aliuminis, alavas, chromas, manganas, platina, volframas, geležies druskų tirpalai ir kt. Paramagnetines medžiagas magnetai ir elektromagnetai traukia daug kartų silpniau nei feromagnetinės medžiagos.

Diamagnetinės medžiagos netraukia magnetų, o, priešingai, yra atstumiamos. Tai varis, sidabras, auksas, švinas, cinkas, derva, vanduo, dauguma dujų, oras ir kt.

Feromagnetinių medžiagų magnetinės savybės. Feromagnetinės medžiagos dėl savo gebėjimo būti įmagnetintos plačiai naudojamos elektros mašinų, prietaisų ir kitų elektros instaliacijų gamyboje.

Įmagnetinimo kreivė. Feromagnetinės medžiagos įmagnetinimo procesas gali būti pavaizduotas įmagnetinimo kreivės pavidalu (31 pav.), kuri parodo indukcijos priklausomybę IN nuo įtampos N magnetinis laukas (nuo įmagnetinimo srovės aš ).

Įmagnetinimo kreivę galima suskirstyti į tris dalis: Oho , kai magnetinė indukcija didėja beveik proporcingai įmagnetinimo srovei; a-b , kai magnetinės indukcijos augimas sulėtėja, o magnetinio soties plotas už taško b , kur s priklausomybė IN iš N vėl tampa linijinis, tačiau jam būdingas lėtas magnetinės indukcijos padidėjimas didėjant lauko stiprumui.

P

Feromagnetinių medžiagų permagnetinimas, histerezės kilpa. Didelę praktinę reikšmę, ypač elektros mašinose ir kintamosios srovės įrenginiuose, turi feromagnetinių medžiagų įmagnetinimo apsisukimo procesas. Fig. 32 paveiksle pavaizduotas feromagnetinės medžiagos įmagnetinimo ir išmagnetinimo indukcijos pokyčių grafikas (keičiant įmagnetinimo srovę aš . Kaip matyti iš šio grafiko, esant toms pačioms magnetinio lauko stiprio vertėms, magnetinė indukcija gaunama išmagnetinant feromagnetinį kūną (skyrius a-b-c ), įmagnetinimo metu bus gauta daugiau indukcijos (skyriai Oho Ir Taip ). Kai įmagnetinimo srovė sumažinama iki nulio, indukcija feromagnetinėje medžiagoje nesumažės iki nulio, bet išsaugos tam tikrą vertę IN r , atitinkantis segmentą Apie . Ši vertė vadinama liekamoji indukcija.

Magnetinės indukcijos pokyčių, atsirandančių dėl atitinkamų magnetinio lauko stiprumo pokyčių, atsilikimo arba vėlavimo reiškinys vadinamas magnetine histereze, o magnetinio lauko išsaugojimas feromagnetinėje medžiagoje nustojus tekėti įmagnetinimo srovei vadinamas magnetine histereze. liekamasis magnetizmas.

P

Pakeitus įmagnetinimo srovės kryptį, galima visiškai išmagnetinti feromagnetinį kūną ir magnetinę indukciją jame sumažinti iki nulio. Atvirkštinė įtampa N Su , kuriai esant indukcija feromagnetinėje medžiagoje sumažėja iki nulio, vadinama prievartos jėga. kreivė Oho , gautas su sąlyga, kad feromagnetinė medžiaga anksčiau buvo išmagnetinta, vadinama pradine įmagnetinimo kreive. Indukcijos kitimo kreivė vadinama histerezės kilpa.

Feromagnetinių medžiagų įtaka magnetinio lauko pasiskirstymui. Jei bet kurį kūną, pagamintą iš feromagnetinės medžiagos, įdėsite į magnetinį lauką, magnetinės jėgos linijos įeis ir išeis iš jo stačiu kampu. Pačiame kūne ir šalia jo vyks lauko linijų kondensacija, t.y., padidėja magnetinio lauko indukcija kūno viduje ir šalia jo. Jei padarysite feromagnetinį kūną žiedo pavidalu, magnetinio lauko linijos praktiškai neįsiskverbs į jo vidinę ertmę (33 pav.), o žiedas tarnaus kaip magnetinis skydas, apsaugantis vidinę ertmę nuo magnetinio lauko poveikio. . Ši feromagnetinių medžiagų savybė yra įvairių ekranų, apsaugančių elektros matavimo prietaisus, elektros kabelius ir kitus elektros prietaisus nuo žalingo išorinių magnetinių laukų poveikio, veikimo pagrindas.

Aplink srovės laidininkus ir nuolatinius magnetus yra magnetinis laukas. Jis atsiranda aplink bet kokį kryptingai judantį elektros krūvį, taip pat esant kintamam laikui elektrinis laukas. Magnetinį lauką galima aptikti įdėjus į jį magnetines adatas arba srovės laidininkus, nes jis turi jiems orientuotą poveikį. Magnetinį lauką galima tirti naudojant uždarą kontūrą su srove. Kontūro geometriniai matmenys turi būti tokie maži, kad laukas nesikeistų jo ribose. Mechaninis sukimo momentas veikia grandinę magnetiniame lauke. Didžiausio sukimo momento Mmax santykis su grandine tekančios srovės I ir šios grandinės padengto paviršiaus ploto S sandauga yra pastovi reikšmė: Mmax/IS=const. Šis santykis nustato pagrindinę magnetinio lauko jėgą - magnetinės indukcijos vektorius B. Produktas IS vadinamas grandinės, kai srovė Pm=IS, magnetiniu momentu. Magnetinio momento kryptis sutampa su magnetinio lauko, kurį grandinės centre tekanti srovė sukuria indukcijos kryptimi. Vektoriaus B kryptis nustatoma pagal taisyklę: jei varžto sukimosi kryptis sutampa su srovės kryptimi grandinėje, tada jo transliacinis judėjimas parodys magnetinio lauko indukcijos kryptį ir atitinkamai magnetinį momentą. (dešiniojo varžto taisyklės pasekmė). Taigi magnetinės indukcijos vektorių lemia didžiausias sukimo momentas, veikiantis grandinę su srove, kurios magnetinis momentas lygus vienetui: B = Mmax/Pm. Magnetinė indukcija matuojama teslomis. (T.) Tesla yra tokio vienodo magnetinio lauko, kuris veikia didžiausiu 1 N*m sukimo momentu, indukcija grandinėje su srove, kurios magnetinis momentas lygus 1 A*m2. Magnetinio lauko indukcija – tai eksperimentiškai išmatuotas dydis, priklausantis nuo lauką sukuriančių srovių ir aplinkos, kurioje jis sukuriamas, savybių. Kartu su magnetinės indukcijos vektoriumi B įvedama kita magnetiniam laukui būdinga jėga - magnetinio lauko stiprumas N. Vektorius B ir H yra susiję ryšiu B=m0mН. Magnetinio lauko stiprumas matuojamas amperais vienam metrui (A/m), m0 – magnetinė konstanta, lygi 4p*10-7H/m, m – santykinis terpės magnetinis pralaidumas, parodantis, kiek kartų magnetinio lauko indukcija tam tikra terpė yra didesnė arba mažesnė nei vakuume. Magnetinio lauko stiprumą lemia tik lauką sukuriančių laidininkų konfigūracija ir šiais laidininkais tekančios srovės, t.y. lauko makrošaltiniai ir nepriklauso nuo terpės, kurioje sukuriamas laukas, magnetinių savybių.

Ampero dėsnis. Į magnetinį lauką pastatykime l ilgio laidininką, kuriuo teka srovė I. Laidininką veikia jėga, tiesiogiai proporcinga laidininku tekančios srovės stiprumui, magnetinio lauko indukcijai, jo ilgiui. laidininkas, ir priklausomai nuo laidininko orientacijos magnetiniame lauke. |F|=IBlsina, kur a yra kampas tarp srovės krypties laidininke ir magnetinės indukcijos vektoriaus B krypties, Ampero jėgos kryptis nustatoma pagal kairės rankos taisyklė: Jei kaire ranka išdėstyti taip, kad magnetinės jėgos linijos patektų į delną, keturi ištiesti pirštai nukreipiami išilgai srovės, tada sulenktas nykštys parodys jėgos kryptį. Akivaizdu, kad ampero jėga yra lygi nuliui, jei laidininkas yra išilgai lauko linijų, ir yra didžiausia, jei laidininkas yra statmenas lauko linijoms. Įkrautų dalelių judėjimas magnetiniame lauke. Srovę nešantį laidininką magnetiniame lauke veikia Ampero jėga FA IBlsina Srovė savo ruožtu yra kryptingas įkrautų dalelių judėjimas. Srovės stipris lygus I=qnvS, kur q – dalelės krūvis, n – judančių įkrautų dalelių koncentracija, v – vidutinis jų kryptingo judėjimo greitis, S – laidininko skerspjūvio plotas. . Pakeitę I į FA išraišką, gauname FA= qnvSBlsina, kur nsl=N yra bendras dalelių, sukuriančių srovę, skaičius. Tada atskirą judantį krūvį veikianti jėga yra Lorenco jėga, yra lygus Fl=qvBsina. kur a yra kampas tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorių. Lorenco jėgos kryptis teigiamai įkrautai dalelei nustatoma pagal kairės rankos taisyklę.

Magnetinis srautas. Magnetinis srautas Ф per tam tikrą paviršių S yra skaliarinis dydis, lygus magnetinės indukcijos vektoriaus dydžio sandaugai iš šio paviršiaus ploto ir kampo tarp normaliosios n į jį ir magnetinio krypties kosinuso. indukcijos vektorius B:Ф=|B|Scosa. Jei magnetinis laukas yra netolygus, tada paviršius S yra padalintas į elementarias sritis DS, kurių kiekvienoje lauką galima laikyti vienodu. Tada bendras srautas per šį paviršių yra lygus magnetinės indukcijos vektoriaus srautų per elementariąsias sritis sumai. SI magnetinio srauto vienetas yra 1 Weberis (Wb) – magnetinis srautas per 1 m2 ploto paviršių, esantį statmenai tolygiojo magnetinio lauko krypčiai, kurio indukcija yra 1 T: 1Wb = 1V*s. Elektromagnetinė indukcija. EMF atsiradimas uždaroje laidžioje grandinėje, kai magnetinis srautas keičiasi per šį paviršių, kurį riboja ši grandinė, vadinamas elektromagnetine indukcija. Taip pat sukeltas emf, todėl atviro laidininko, judančio magnetiniame lauke ir kertančio lauko linijas, galuose atsiranda potencialų skirtumas. Patirtis rodo, kad indukcijos emf nepriklauso nuo magnetinio srauto pokyčių priežasčių, o nustatomas pagal jo kitimo greitį. Pagal Faradėjaus dėsnį, indukuotasis emf apibrėžiamas kaip magnetinio srauto DF pokyčio santykio su laiko intervalu Dt iki nulio riba arba magnetinio srauto laiko išvestinė Eind=limDt-->0 DF/Dt= -Ф'. Savęs indukcijos reiškinys. Srovė, tekanti per laidžią grandinę, aplink ją sukuria magnetinį lauką. Magnetinis srautas Ф, susietas su grandine, yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprumui šioje grandinėje: Ф=LI, kur L yra grandinės induktyvumas. Laidininko induktyvumas priklauso nuo jo formos, dydžio ir savybių aplinką. Kadangi indukuotą srovę sukelia srovės stiprumo pasikeitimas pačiame laidininke, šis indukuotos srovės atsiradimo reiškinys vadinamas saviindukcija, o susidaręs emf vadinamas saviindukcija emf. Savęs indukcija yra ypatingas reiškinio atvejis elektromagnetinė indukcija. Jei I kinta laikui bėgant pagal tiesinį dėsnį, tai Eci = - (DF/Dt) = - L(DI/Dt), kur DI/Dt yra srovės kitimo greitis. Ši formulė galioja tik L=const. Induktyvumas yra dydis, skaitiniu požiūriu lygus savaiminės indukcijos emf, kuris atsiranda grandinėje, kai srovė joje pasikeičia vienu per laiko vienetą. SI induktyvumo vienetu laikomas laidininko induktyvumas, kuriame, srovei pasikeitus 1A per 1s, atsiranda savaiminis indukcinis emf 1B. Šis vienetas vadinamas Henriu (Hn): 1Hn=1B*s/A. Magnetinio lauko energija sukurta srovė, pagal energijos tvermės dėsnį, yra lygi energijai, kurią šaltinis išeikvoja srovei sukurti. Kai grandinė uždaryta, srovė grandinėje dėl savaiminės indukcijos ne iš karto pasieks maksimalią reikšmę I0, o palaipsniui. Atidarius grandinę, srovė taip pat nedingsta iš karto, o palaipsniui, o laidininke išsiskiria šiluma. Kadangi grandinė atvira, ši šiluma negali išsiskirti dėl šaltinio veikimo, o gali būti tik solenoide sukauptos energijos, magnetinio lauko energijos, pasekmė. Solenoido magnetinio lauko energija, visiškai sustojus srovei, virsta Džaulio šiluma. Solenoido magnetinio lauko išraiška yra tokia: Wm=LI2/2.

TURINYS: Magnetinio lauko šaltiniai juda elektros krūviai(srovės). Srovės laidininkus supančioje erdvėje atsiranda magnetinis laukas, kaip ir stacionarius elektros krūvius supančioje erdvėje. Nuolatinių magnetų magnetinį lauką taip pat sukuria medžiagos molekulėse cirkuliuojančios elektrinės mikrosrovės (Ampero hipotezė).

Magnetinio lauko šaltiniai yra juda elektros krūviai (srovės) . Srovės laidininkus supančioje erdvėje atsiranda magnetinis laukas, kaip ir stacionarius elektros krūvius supančioje erdvėje. Nuolatinių magnetų magnetinį lauką taip pat sukuria medžiagos molekulėse cirkuliuojančios elektrinės mikrosrovės (Ampero hipotezė).

Norint apibūdinti magnetinį lauką, reikia įvesti lauko charakteristiką, panašią į vektorių įtampos elektrinis laukas. Ši savybė yra magnetinės indukcijos vektorius Magnetinės indukcijos vektorius nustato jėgas, veikiančias sroves arba judančius krūvius magnetiniame lauke.
Teigiama vektoriaus kryptis laikoma kryptimi nuo pietinio poliaus S iki magnetinės adatos, kuri laisvai išdėstyta magnetiniame lauke, šiaurinio poliaus N. Taigi, tiriant srovės arba nuolatinio magneto sukuriamą magnetinį lauką naudojant mažą magnetinę adatą, tai įmanoma kiekviename erdvės taške

Norint kiekybiškai apibūdinti magnetinį lauką, būtina nurodyti metodą, kaip nustatyti ne tik
vektoriaus kryptis bet ir jo modulis Magnetinės indukcijos vektoriaus modulis yra lygus didžiausios vertės santykiui
Amperinė jėga, veikianti tiesų laidininką su srove, iki srovės stiprumo aš laidininke ir jo ilgis Δ l :

Ampero jėga nukreipta statmenai magnetinės indukcijos vektoriui ir srovės, tekančios laidininku, krypčiai. Ampero jėgos krypčiai nustatyti paprastai naudojama kairės rankos taisyklė: jei kairiąją ranką pastatysite taip, kad indukcijos linijos patektų į delną, o ištiesti pirštai būtų nukreipti išilgai srovės, tada pagrobtas nykštys parodys laidininką veikiančios jėgos kryptį.

Tarpplanetinis magnetinis laukas

Jei tarpplanetinė erdvė būtų vakuumas, tai vieninteliai magnetiniai laukai joje galėtų būti tik Saulės ir planetų laukai, taip pat galaktinės kilmės laukas, besitęsiantis išilgai mūsų Galaktikos spiralinių šakų. Tokiu atveju Saulės ir planetų laukai tarpplanetinėje erdvėje būtų itin silpni.
Tiesą sakant, tarpplanetinė erdvė nėra vakuumas, o užpildyta jonizuotomis dujomis, kurias skleidžia Saulė (saulės vėjas). Šių dujų koncentracija 1-10 cm -3, tipiniai greičiai – nuo ​​300 iki 800 km/s, temperatūra artima 10 5 K (prisiminkime, kad vainiko temperatūra yra 2×10 6 K).
saulės vėjas– plazmos nutekėjimas iš Saulės vainiko į tarpplanetinę erdvę. Žemės orbitos lygyje saulės vėjo dalelių (protonų ir elektronų) vidutinis greitis yra apie 400 km/s, dalelių skaičius – kelios dešimtys 1 cm 3.

Anglų mokslininkas Viljamas Gilbertas, karalienės Elžbietos rūmų gydytojas, pirmasis 1600 metais parodė, kad Žemė yra magnetas, kurio ašis nesutampa su Žemės sukimosi ašimi. Vadinasi, aplink Žemę, kaip ir aplink bet kurį magnetą, yra magnetinis laukas. 1635 m. Gellibrandas atrado, kad Žemės magnetinis laukas lėtai kinta, o Edmundas Halley atliko pirmąjį pasaulyje magnetinį vandenynų tyrimą ir sukūrė pirmuosius pasaulyje magnetinius žemėlapius (1702 m.). 1835 m. Gaussas atliko Žemės magnetinio lauko sferinę harmoninę analizę. Jis Getingene sukūrė pirmąją pasaulyje magnetinę observatoriją.

Keletas žodžių apie magnetines korteles. Paprastai kas 5 metus magnetinio lauko pasiskirstymas Žemės paviršiuje yra pavaizduotas trijų ar daugiau magnetinių elementų magnetiniais žemėlapiais. Kiekviename iš šių žemėlapių yra nubrėžtos izoliacijos, išilgai kurių šis elementas turi pastovią vertę. Vienodo deklinacijos D tiesės vadinamos izogonėmis, I pokrypiai – izoklinomis, o bendro stiprumo B dydžiai – izodinaminėmis linijomis arba izodinomis. Elementų H, Z, X ir Y izomagnetinės linijos vadinamos atitinkamai horizontalių, vertikalių, šiaurinių arba rytinių komponentų izoliacijomis.

Grįžkime prie piešinio. Jame pavaizduotas apskritimas, kurio kampinis spindulys yra 90° – d, kuris apibūdina Saulės padėtį žemės paviršiuje. Didysis apskritimo lankas, nubrėžtas per tašką P ir geomagnetinį polių B, kerta šį apskritimą taškuose H'n ir H'm, kurie atitinkamai rodo Saulės padėtį geomagnetinio vidurdienio ir geomagnetinio vidurnakčio taško P momentais. momentai priklauso nuo taško P platumos. Padėtys Saulė vietinį tikrąjį vidurdienį ir vidurnaktį atitinkamai nurodoma taškais H n ir H m. Kai d teigiamas (vasara šiaurės pusrutulyje), tai rytinė geomagnetinės dienos pusė nėra lygi vakarui. Didelėse platumose geomagnetinis laikas didžiąją paros dalį gali labai skirtis nuo tikrojo ar vidutinio laiko.
Kalbėdami apie laiko ir koordinačių sistemas, pakalbėkime ir apie magnetinio dipolio ekscentriškumą. Ekscentrinis dipolis lėtai dreifuoja į išorę (šiaurę ir vakarus) nuo 1836 m. Ar jis kirto pusiaujo plokštumą? apie 1862 m. Jo radialinė trajektorija yra Gilberto salos srityje Ramiajame vandenyne

MAGNETINIO LAUKO POVEIKIS SROVEI

Kiekviename sektoriuje saulės vėjo greitis ir dalelių tankis sistemingai skiriasi. Raketų stebėjimai rodo, kad abu parametrai smarkiai padidėja ties sektoriaus riba. Antros dienos pabaigoje peržengus sektoriaus ribą, tankis labai greitai, o vėliau po dviejų ar trijų dienų pamažu pradeda didėti. Saulės vėjo greitis lėtai mažėja antrą ar trečią dieną pasiekęs piką. Sektorių struktūra ir pastebėti greičio bei tankio kitimai yra glaudžiai susiję su magnetosferos trikdžiais. Sektorių struktūra gana stabili, todėl visa upelio struktūra su Saule sukasi bent keletą Saulės apsisukimų, prasiskverbdama virš Žemės maždaug kas 27 dienas.