Магнітна індукція навколо нескінченного провідника зі струмом. Магнітне поле нескінченного прямого провідника зі струмом

Інструкція

Щоб дізнатися напрямокмагнітних для прямого провідника з , розташуйте його так, щоб електричний струм йшов у напрямку від вас (наприклад, у аркуш паперу). Спробуйте згадати, як рухається бур або гвинт, що закручується викруткою: по годинниковій і . Зобразіть цей рух рукою, щоб зрозуміти напрямок ліній. Таким чином, лінії магнітного поля спрямовані за годинниковою стрілкою. Позначте їх схематично на кресленні. Цей метод є правилом буравчика.

Якщо провідник розташований не в тому напрямку, встаньте подумки таким чином або поверніть конструкцію так, щоб струм від вас віддалявся. Потім згадайте рух бура чи гвинта та поставте напрямокмагнітних лінійза годинниковою стрілкою.

Якщо правило свердловика здається вам складним, спробуйте використовувати правило правої руки. Щоб за його допомогою визначити напрямокмагнітних ліній, розташуйте руку використовуйте праву руку з відстовбурченим великим пальцем. Великий палець направте рухом провідника, а 4 інших пальця – у напрямку індукційного струму. Тепер зверніть увагу, силові лінії магнітного поля у вашу долоню.

Щоб використовувати правило правої руки для котушки зі струмом, обхопіть його подумки долонею правої руки так, щоб пальці були направлені вздовж струму в витках. Подивіться, куди дивиться відставлений палець – це є напрямокмагнітних лінійвсередині. Цей спосіб допоможе визначити орієнтацію металевої болванки, якщо вам потрібно зарядити за допомогою котушки зі струмом.

Щоб визначити напрямокмагнітних лінійза допомогою магнітної стрілки, розташуйте кілька таких стрілок навколо дроту чи котушки. Ви побачите, що осі стрілок спрямовані по дотичних до кола. За допомогою цього методу можна знайти напрямок лінійу кожній точці простору та їх безперервність.

Під лініями індукції розуміють силові лінії магнітного поля. Щоб отримати інформацію про цей вид матерії, недостатньо знати абсолютну величину індукції, потрібно знати і її напрям. Напрямок ліній індукції можна знайти за допомогою спеціальних приладів або користуючись правилами.

Вам знадобиться

• - Прямий і круговий провідник;
• - Джерело постійного струму;
• - Постійний магніт.

Інструкція

Підключіть прямий провідник до джерела постійного струму. Якщо по ньому тече струм, він магнітним полем, силові лінії якого є концентричними колами. Визначте напрямок силових ліній, скориставшись правилом . Правим свердловиком називається гвинт, що просувається при обертанні в праву сторону (за годинниковою стрілкою).

Визначте напрям струму у провіднику, враховуючи, що він протікає від позитивного джерела полюса до негативного. Шток гвинта розташуйте паралельно провіднику. Починайте обертати його так, щоб шток почав рухатися у напрямку струму. У цьому випадку напрямок обертання рукоятки покаже напрямок ліній індукції магнітного поля.

Знайдіть напрямок силових ліній індукції витка зі струмом. Для цього використовуйте той самий правий свердловин. Буравчик розташуйте таким чином, щоб рукоятка оберталася у напрямку протікання струму. У цьому випадку рух штока свердловика покаже напрямок ліній індукції. Наприклад, якщо струм протікає у витку за годинниковою стрілкою, лінії магнітної індукції будуть площини витка і будуть йти в його площину.

Якщо провідник рухається у зовнішньому магнітному полі, визначте його напрямок, користуючись правилом лівої руки. Для цього розташуйте ліву руку так, щоб чотири пальці показували напрямок струму, а відставлений великий палець, напрямок руху провідника. Тоді лінії індукції однорідного магнітного поля входитимуть у долоню лівої руки.

Відео на тему

У процесі створення креслення інженер стикається з цілим спектром проблем, уміння вирішувати які є ступенем його кваліфікації. Визначення видимості на кресленнях складних деталей є одна зі згаданих проблем. Найпоширеніший метод визначення видимості на кресленні – метод конкуруючих точок.

Вам знадобиться

• Зображення деталі без певної видимості принаймні у двох головних видах, що захоплюють вид спереду, для цього краще підійдуть вигляд спереду та зверху, зазначені ключові точки на кресленні, в яких визначатиметься видимість.

Інструкція

Знайдіть на кресленні точки, проекції яких або площині збігаються, не збігаючись у своїй на площині проекції. Такі точки конкурують і вони будуть використані нами як опорні точки при побудові видимості, повідомляючи нам про перебування в просторі тих, до яких ці точки прив'язані.

Через зазначені раніше точки, призначені для видимості, проведіть прямі таким чином, щоб вони були перпендикулярні одній з головних площин проекції, при цьому автоматично стаючи паралельними іншій площині проекції.

Позначте точки перетину , проведені вами в попередньому кроці, з деталлю. Ці точки будуть конкуруючими, оскільки їх проекції на одній площині збігатимуться, не збігаючись при цьому на іншій площині. Якщо проекції точок збігаються на фронтальній площині (П1) то точки називаються фронтально конкуруючими. Якщо проекції точок збігаються на горизонтальній площині (П2), такі точки називаються горизонтально-конкуруючими.

Визначте видимість. Для фронтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді зверху. Та точка, горизонтальна проекція нижче, тобто ближче до спостерігача, буде видно на передньому вигляді. Відповідно інша точка, яка конкурує даної, буде невидима. Для горизонтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді спереду, у своїй та точка буде видима, що перебуває вище інших, проте інші, конкуруючі даної, будуть невидимі.

Магнітне поле не сприймається органами чуття людини. Для того, щоб його побачити, необхідний спеціальний прилад. Він дозволяє спостерігати форму силових ліній магнітного поля у тривимірному вигляді.

Інструкція

Приготуйте основу приладу – пластмасову пляшку. Застосовувати скляну небажано, оскільки вона може бути розбита під час дослідів магнітом, інструментами чи іншими металевими предметами. У пляшки має бути наклейка лише з одного боку. Якщо наклейка видаліть одну з її половин, а якщо її немає взагалі, зафарбуйте один бік пляшки білою фарбою. Вийде фон, на якому силові лінії найбільш помітні.

Розташуйтесь у будь-якому приміщенні, крім кухні. Постеліть на стіл газету, надягніть захисні рукавички. Настрижіть на неї непотрібними ножицями зі старої металевої мочалки для миття посуду. Загорніть у пакет і цим пристроєм повністю зберіть. Вставте в шийку пляшки лійку, а потім, помістивши пристрій над лійкою, приберіть магніт з пакета. Тирса відокремиться від пакета і через лійку в пляшку. У жодному разі не допускайте попадання тирси на підлогу та будь-які навколишні предмети, особливо одяг, взуття та продукти харчування! Тепер наповніть пляшку майже доверху прозорою та безпечною олією, після чого щільно закупорьте. Ретельно вимийте готовий пристрій зовні від залишків масла.

Перемішайте тирсу з олією, обертаючи пляшку. Просто струшувати її неефективно. Тепер піднесіть до неї магніт, і тирса вишикується відповідно до форми силових ліній. Щоб підготувати прилад до наступного досвіду, приберіть магніт і знову перемішайте тирсу з маслом, як зазначено вище.

Спробуйте спостерігати силові лінії полей магнітів різної форми. Замалюйте або сфотографуйте їх. Подумайте, вони мають саме таку форму, на це запитання у підручнику фізики. Спробуйте пояснити, чому пристрій не на змінні магнітні поля, наприклад, від трансформаторів.

Відео на тему

Зверніть увагу

Не дозволяйте дітям користуватися візуалізатором без спостереження дорослих – це іграшка, а фізичний прилад. Тира, що міститься в ньому, небезпечні при ковтанні.

Джерела:

• Тривимірний візуалізатор магнітних полів у 2019

Справжнім напрямом струмує те, в якому рухаються заряджені частинки. Воно, своєю чергою, залежить від знака їхнього заряду. Крім цього, техніки користуються умовним напрямомпереміщення заряду, що не залежить від властивостей провідника.

Інструкція

Для визначення справжнього напрямку переміщення заряджених частинок керуйтеся таким правилом. Усередині джерела вони вилітають з електрода, який від цього заряджається з протилежним знаком, і рухаються до електрода, який з цієї причини набуває заряду, за знаком аналогічний частинок. У зовнішньому ланцюгу вони вириваються електричним полем з електрода, заряд якого збігається з зарядом частинок, і притягуються до протилежно зарядженого.

У металі носіями струмує вільні електрони, що переміщаються між вузлами кристалічної. Оскільки ці частинки заряджені негативно, всередині джерела вважайте їх рухомими від позитивного електрода до негативного, а зовнішнього ланцюга - від негативного до позитивного.

У неметалевих провідниках заряд переносять також електрони, але механізм їхнього переміщення інший. Електрон, залишаючи атом і тим самим перетворюючи його на позитивний іон, змушує його захопити електрон з попереднього атома. Той самий електрон, який залишив атом, іонізує негативно наступний. Процес повторюється безперервно, поки в ланцюзі струм. Напрямок руху заряджених частинок у цьому випадку вважайте тим самим, що й у попередньому випадку.

У заряд завжди переносять тяжкі іони. Залежно від складу електроліту вони можуть бути як негативними, так і позитивними. У першому випадку вважайте їх такими, що ведуть себе електронам, а в другому - аналогічно позитивним іонам в газах або діркам в напівпровідниках.

При вказівці напряму струмув електричній схемі, незалежно від того, куди переміщуються заряджені частинки насправді, вважайте їх, що рухаються в джерелі від негативного полюса до позитивного, а в зовнішньому ланцюзі - від позитивного до негативного. Зазначений напрямок вважається умовним, а прийнято воно до будови атома.

Джерела:

• напрямок струму

Порада 6: Де знайти провідника для походу в гори чи ліс

Багатьох людей, які збираються у відпустку, приваблює не безцільне лежання на пляжі, а піші чи кінні походи в гори чи ліс, що дають змогу побути наодинці з природою, помилуватися красою місць, не зіпсованих цивілізацією, та й перевірити себе. Але, якщо ви вирушаєте не просто на прогулянку по стежках, а в справжній багатоденний похід незвіданими місцями, без провідника вам не обійтися.

Навіщо потрібен провідник у поході

Така людина не лише досконало вивчила тут кожну стежку, але знає всі місцеві погоди, особливості поведінки та правила безпеки. Його присутність стане гарантією того, що похід пройде в максимально комфортних умовах і всі його учасники повернуться з нього цілими і неушкодженими.

Особливо необхідний провідник у тому випадку, коли ви і учасники вашої групи - туристи-початківці. Часом незнання елементарних правил безпеки та відсутність первинних туристичних навичок призводять до справжніх людських трагедій. Провідник не тільки гарант безпеки, але й людина, яка навчить вас правилам та покаже вам те, що самі ви просто не зможете розглянути та побачити.

Вирушаючи в похід, ретельно вивчіть всі особливості даної території, перегляньте маршрут і підготуйтеся фізично.

Як знаходити провідника для туристичного походу

Перед тим як вийти на маршрут, попередьте про це місцеві рятувальні служби та домовтеся про контрольні терміни вашої появи, щоб у разі затримки допомогу було надіслано негайно.

Якщо вони не виділять провідника з лав своїх членів та співробітників, напевно порадять, до кого з місцевих жителів вам можна звернутися. Хорошу пораду та рекомендації ви можете отримати і звернувшись до торгової точки, де продають гірське чи туристичне спорядження, зазвичай торгують там люди, які не з чуток знайомі з туризмом та альпінізмом.

Всесильний інтернет надасть вам допомогу у пошуку. Ви можете переглянути офіційні сайти тих міст, які будуть відправною точкою вашого походу, часто там є подібна інформація. Є спеціалізовані сайти, що пропонують послуги професійних провідників, причому вони можуть супроводжувати вас не тільки Росією, але й за кордоном.

Джерела:

• Замовлення провідників та супроводжуючих по інтернету в 2019

Магнітний лак для нігтів з'явився на ринку кілька років тому. Щоправда, задовго до появи у широкому продажу цей засіб уже майнув у лімітованих колекціях деяких брендів. Особливість продукту – широкі можливості для дизайну. За допомогою спеціальних магнітів нігті можна прикрасити стилізованими зірками, сніжинками, зигзагами чи хвилями.

Інструкція

Загадка ефекту магнітного лаку у його складі. У формулу включені дрібні металеві частинки, які під впливом магніту вишиковуються у порядку. Кожен магніт може "намалювати" лише один вид візерунка. Тому ті, хто хочуть різноманітності, змушені купувати кілька пристроїв із різними мотивами. Хороша новина для любителів магнітних лаків - всі аксесуари для створення малюнків взаємозамінні. Ви можете придбати лаки однієї марки та робити на них візерунки магнітами іншої.

Ще одна загальна риса всіх лаків цього типу – схожий вид покриття. Лаки мають щільну текстуру з перламутровим відблиском, для нанесення засобу рівним шаром потрібна вправність. Палітра магнітних лаків обмежена темними складними відтінками від чорно-сірого до сіро-блакитного. Більшість кольорів має виражений холодний підтон - його задають металеві частинки, що є у складі.

Магнітні лаки вирізняються високою стійкістю. Однак вони можуть підкреслити всі нерівності нігтя. Щоб засіб лежав ідеально, перед нанесенням необхідно вирівняти пластину полірувальним бруском та нанести на неї шар захисної бази.

Якщо лаки марок різних цінових категорій дуже схожі, то категорії магнітів панує різноманітність. Початківцям варто звернути увагу на , укріплені на підставці - набагато зручніше ними користуватися. Достатньо помістити палець на спеціальну платформу почне діяти. Платівки, які потрібно самостійно тримати над нафарбованим нігтем, менш зручні – не завжди вдається правильно розрахувати відстань, необхідну для появи малюнка. Якщо ж піднести платівку надто близько, легко змастити свіжонанесений лак.

Найпопулярніший малюнок для магнітного манікюру – зірка або сніжинка. На другому місці різноманітні смуги. Хвилі та зигзаги зустрічаються рідше, а магніти з незвичайними візерунками на кшталт квітів чи сердець майже не випускаються.

Манікюр із магнітним лаком має деякі особливості. Засіб наносять досить товстим шаром, свіжонафарбований ніготь негайно поміщається під магніт. Чим довше тримати магніт над лаком і чим ближче він буде розташований, тим яскравішим буде малюнок. Наносити на нього блискучі топи, рідкі сушіння та інші засоби не можна – вони розмиють поверхню магнітного лаку, і візерунок стане погано видно. На сушіння потрібно не менше півгодини, зате покриття вийде міцним і триматиметься не менше 5 днів.

Відео на тему

Корисна порада

Вибираючи візерунок, врахуйте, що зірки та поперечні смуги роблять нігті коротшими і ширшими, а зигзаги, поздовжні хвилі та вертикальні смужки навпаки, подовжують пластину.

Магнітне поле Землі

Глибоко під нашими ногами, під товщею Земної кори знаходиться те, що вже багато мільярдів років зігріває планету Земля зсередини – величезний океан в'язкої розпеченої магми. Ця магма складається з багатьох речовин, у тому числі і з металів, які дуже добре проводять електричний струм. На всій планеті під поверхнею Землі рухаються мікроскопічні електрони, створюючи електричне, а з ним і магнітне поле.

Переміщення геомагнітних полюсів

Магнітне поле Землі має два полюси: Північний геомагнітний полюс (знаходиться у планети) та Південний геомагнітний полюс (перебуває у північній півкулі планети). Одне з найвідоміших незвичайних явищ, що стосуються магнітного поля Землі – це географічне пересування геомагнітних полюсів.

Річ у тім, що у магнітне полі впливає відразу кілька чинників, сприяють його нестабільному становищу. Це і взаємодія з віссю обертання Землі, і різний тиск земної кори на різних ділянках планети, і наближення/видалення космічних тіл (Сонця, Місяця), і більшою мірою пересування магми.

Потік магми є гігантською мантійною річкою, яка рухається під впливом сонячної радіації та обертання Землі із заходу на схід. Але оскільки розміри цієї річки величезні, вона, як і звичайна річка, не може рухатися стабільно рівно. Звичайно, в ідеальних умовах русло мантійної річки мало б проходити вздовж екватора. У цьому випадку географічні та магнітні полюси Землі збігалися б. Але природні умови такі, що під час руху магма шукає зони найменшого опору потоку (зони низького тиску кори) і просувається до них, зрушуючи при цьому магнітне поле та геомагнітні полюси.

Магнітні аномалії

Нестабільність мантійної річки впливає як на магнітні полюси, а й у виникнення особливих зон, названих «магнітними аномаліями». Магнітні аномалії не мають постійного розташування, можуть ставати сильнішими/слабшими, відрізняються розмірами та причинами виникнення.

Найпоширенішим явищем є локальні магнітні аномалії (менше 100 квадратних метрів). Вони зустрічаються скрізь, розташовані в хаотичному порядку і виникають, в основному, під впливом родовищ корисних копалин, розташованих занадто близько до Землі.

Інші магнітні аномалії – регіональні (до 10000 квадратних кілометрів). Вони виникають унаслідок зміни магнітного поля. Їх розмір і сила залежить від будови земної кори у цій місцевості. Наприклад, при переході рівнинної місцевості в гористу відбувається різке піднесення земної кори, як на поверхні Землі, так і під нею. При такій зміні рельєфу швидкість руху потоку магми різко збільшується, частинки речовини стикаються один з одним і виникають коливання в магнітному полі. Одні з найвідоміших регіональних аномалій – Курська та Гавайська.

Найбільшими є континентальні магнітні аномалії (площею понад 100 000 квадратних кілометрів). Вони завдячують своїм виникненням розломами кори Землі та впливом земної осі. Наприклад, Східносибірська аномалія внаслідок зсуву земної осі саме у цей бік. До того ж, гірські хребти розділили мантійну річку на два рукави, що точаться у різних напрямках, унаслідок чого стрілка компаса матиме у цьому районі західне. Біля берегів Канади складається інша ситуація. Там знаходиться величезна площа зіткнення мантійної річки з корою Землі, внаслідок якої виникає напруженість магнітного поля, яка у свою чергу відтягує вісь Землі на себе.

Однак найцікавіша магнітна аномалія знаходиться на півдні Атлантичного океану. Магнітна річка там повертає в протилежний бік, тим самим змінюючи магнітне поле таким чином, що ця область протилежна іншій південній півкулі. Ця аномалія відома тим, що кілька разів у космонавтів, що пролітають над нею, ламалася дрібна електроніка.

Магнітні аномалії розкидані по всій планеті, не мають постійного розташування, вони з'являються і зникають, стають сильнішими або слабшими. Окрім іншого, роки досліджень показали, що геомагнітне поле планети слабшає, а магнітні аномалії стають дедалі сильнішими.

Магнітний конструктор та розвиток дитини

Магнітні конструктори з'явилися над ринком порівняно недавно. Купуючи набір з магнітів, дорослі часто погано уявляють собі, що вони купили. Щоб розібратися в принципах роботи, варто почитати інструкцію. В інструкції ви знайдете кілька варіантів збирання базових моделей. Магнітні конструктори призначені для створення різноманітних фігур та форм, у тому числі об'ємних.

Головна перевага магнітного конструктора полягає в тому, що він не заганяє фантазію дитини в рамки, а дозволяє їй творити. В інструкції можна знайти кілька базових фігур, склавши які дитина навчиться «керувати» своєю новою іграшкою. Потім підключається фантазія, і малюк починає творити, створюючи нові, фантастичні постаті.

В основі дії магнітного конструктора лежить поєднання різних деталей. Усередині кожної деталі є магніти. За допомогою магнітів елементи можна приєднувати один до одного будь-якою стороною. Існує кілька модифікацій магнітних наборів. Для найменших – магнітні дошки із плоскими елементами. Для дітей старшого віку – деталі, що дозволяють створювати великі тривимірні фігури. Великою популярністю користуються набори з маленьких магнітних кульок та паличок.

Застосування у навчанні

Використання конструкторів із магнітними елементами дозволяє перенести процес навчання на новий рівень. Створення з дрібних деталей розвиває рухові навички, допомагає відкрити в дитині нові здібності. У процесі гри дитина дізнається про різноманітність форм, навчається координувати свої рухи.

Вчителі використовують магнітні конструктори як наочні посібники. З деталей можна побудувати форму, яка демонструє структуру молекул. Або відтворити людський скелет у тривимірній проекції. Або показати дітям об'ємні геометричні форми. Можливість оглянути і доторкнутися до моделей різних фігур у кілька разів підвищує рівень засвоєння нового матеріалу в школі.

Правила безпеки

Магнітні конструктори містять багато дрібних деталей, тому купувати їх слід з обережністю з огляду на вікові особливості дітей. Особливо небезпечні маленькі магнітні кульки, що входять до складу багатьох наборів. Ці деталі легко можуть проникнути в рот, вухо, ніс дитини. Тому рекомендується купувати магнітні дошки із великими деталями.

Можна показати, як користуватися законом Ампера, визначивши магнітне поле поблизу дроту. Задамо питання: чому рівне поле поза довгим прямолінійним дротом циліндричного перерізу? Ми зробимо одне припущення, можливо, не настільки вже очевидне, але правильне: лінії поля В йдуть навколо дроту по колу. Якщо ми зробимо таке припущення, закон Ампера [рівняння (13.16)] говорить нам, яка величина поля. В силу симетрії завдання поле має однакову величину у всіх точках кола, концентричної з проводом (фіг. 13.7). Тоді можна легко взяти лінійний інтеграл від Bds. Він дорівнює просто величині, помноженої на довжину кола. Якщо радіус кола дорівнює r,то

Повний струм через петлю є просто струм / у дроті, тому

Напруженість магнітного поля спадає обернено пропорційно r,відстані від осі дроту. За бажанням рівняння (13.17) можна записати у векторній формі. Згадуючи, що направлено перпендикулярно як I, так і r, маємо

Ми виділили множник 1/4πε 0 з 2 тому, що він часто з'являється. Варто запам'ятати, що він дорівнює точності 10 - 7 (у системі одиниць СІ), тому що рівняння виду (13.17) використовується для визначенняодиниці струму, ампера. На відстані 1 мструм в 1 а створює магнітне поле, що дорівнює 2 · 10 - 7 вебер/м2.

Якщо струм створює магнітне поле, то він діятиме з деякою силою на сусідній провід, яким також проходить струм. У гол. 1 ми описували простий досвід, що показує сили між двома проводами, якими тече струм. Якщо дроти паралельні, то кожен з них перпендикулярний полю іншого проводу; тоді дроти відштовхуватимуться чи притягуватимуться один до одного. Коли струми течуть в один бік, дроти притягуються, коли струми протилежно спрямовані, вони відштовхуються.

Візьмемо інший приклад, який теж можна проаналізувати за допомогою закону Ампера, якщо ще додати деякі відомості про характер поля. Нехай є довгий провід, згорнутий тугу спіраль, перетин якої показано на фіг. 13.8. Така спіраль називається соленоїдом.На досвіді ми спостерігаємо, що коли довжина соленоїда дуже велика в порівнянні з діаметром, поле поза його дуже мало в порівнянні з полем всередині. Використовуючи цей факт і закон Ампера, можна знайти величину поля всередині.

Оскільки поле залишаєтьсявсередині (і має нульову дивергенцію), його лінії повинні йти паралельно до осі, як показано на фіг. 13.8. Якщо це так, ми можемо використовувати закон Ампера для прямокутної «кривої» Р малюнку. Ця крива проходить відстань L всередині соленоїда, де поле, скажімо, дорівнює В, потім йде під прямим кутом до поля і повертається назад по зовнішній області, де полем можна знехтувати. Лінійний інтеграл від уздовж цієї кривої дорівнює точності 0 L,і це має дорівнювати 1/ε 0 з 2 , помноженому на повний струм усередині Г, тобто на NI(де N - число витків соленоїда на довжині L). Ми маємо

Або ж, вводячи n- Число витків на одиницю довжинисоленоїда (так що n= N/L), ми отримуємо

Що відбувається з лініями, коли вони доходять до кінця соленоїда? Очевидно, вони якось розходяться і повертаються в соленоїд з іншого кінця (фіг. 13.9). В точності таке ж поле спостерігається поза магнітною паличкою. Ну а що ж такемагніт? Наші рівняння кажуть, що поле виникає від присутності струмів. А ми знаємо, що звичайні залізні бруски (не батареї та не генератори) теж створюють магнітні поля. Ви могли б очікувати, що в правій частині (13.12) або (16.13) мали б бути інші члени, які мають «щільність намагніченого заліза» або якусь подібну величину. Але такого члена нема. Наша теорія каже, що магнітні ефекти заліза виникають від якихось внутрішніх струмів, які вже враховані членом j.

Речовина влаштована дуже складно, якщо розглядати її з глибокої точки зору; в цьому ми вже переконалися, коли намагалися зрозуміти діелектрики. Щоб не переривати нашого викладу, відкладемо докладне обговорення внутрішнього механізму магнітних матеріалів заліза. Поки доведеться прийняти, що будь-який магнетизм виникає за рахунок струмів і що постійному магніті є постійні внутрішні струми. У разі заліза ці струми утворюються електронами, що обертаються навколо власних осей. Кожен електрон має такий спин, який відповідає крихітному циркулюючому струму. Один електрон, звичайно, не дає великого магнітного поля, але у звичайному шматку речовини містяться мільярди та мільярди електронів. Зазвичай вони обертаються будь-яким чином, тому сумарний ефект зникає. Дивно те, що в небагатьох речовинах, подібних до заліза, більша частина електронів крутиться навколо осей, спрямованих в один бік, — у заліза два електрони з кожного атома беруть участь у цьому спільному русі. У магніті є велика кількість електронів, що обертаються в одному напрямку, і, як ми побачимо, їх сумарний ефект еквівалентний струму, що циркулює поверхнею магніту. (Це дуже схоже на те, що ми знайшли в діелектриках, однорідно поляризований діелектрик еквівалентний розподілу зарядів на його поверхні.) Тому не випадково, що магнітна паличка еквівалентна соленоїду.

Обчислимо індукцію магнітного поля, створюваного прямолінійним провідником зі струмом у довільній точці М. Подумки розіб'ємо провідник на елементарно малі ділянки завдовжки. Відповідно до правила буравчика в точці Мвектори від усіх елементів струму мають однаковий напрямок – за площину малюнка. Тому складання векторів можна замінити додаванням їх модулів, причому

. (3)

Для інтегрування необхідно змінні , , і висловити через одну з них. Як змінну інтегрування виберемо кут . НД- є дуга кола радіусу rз центром у точці, рівна (див. малюнок). Виразимо з прямокутного трикутника АВС: . Підставивши цей вираз у (3) отримаємо . З трикутника АОМвизначимо , де - Найкоротша відстань від точки поля до лінії струму. Тоді

.

Інтегруючи останній вираз по всіх елементах струму, що еквівалентно інтегрування від до , знаходимо .

Таким чином, індукція магнітного поля, створеного прямолінійним струмом кінцевої довжини дорівнюватиме

.

Надалі я введу поняття вектора напруженості магнітного поля , яке пов'язане з індукцією магнітного поля співвідношенням , де - магнітна проникність середовища. Для вакууму, для повітря. Тоді напруженість магнітного поля, створеного провідником кінцевої довжини дорівнюватиме

.

Для прямолінійного провідника нескінченної довжини кути і будуть рівні, а вираз у дужках набуває значення. Отже, індукція та напруженість магнітного поля, створеного прямолінійним провідником зі струмом нескінченної довжини рівні відповідно

Магнітне поле кругового струму

Як друге застосування закону Біо - Савара - Лапласа обчислимо індукцію та напруженість магнітного поля на осі кругового струму. Позначимо радіус кола провідника зі струмом через відстань від центру кругового струму до досліджуваної точки поля через h. Від усіх елементів струму утворюється конус векторів і легко збагнути, що результуючий вектор у точці буде спрямований горизонтально вздовж осі . Для знаходження модуля вектора достатньо скласти проекції векторів на вісь. Кожна така проекція має вигляд

,

де враховано, що кут - між векторами і дорівнює тому синус дорівнює одиниці. Проінтегруємо цей вираз по всіх

.

Інтеграл - є довжина кола провідника зі струмом, тоді

.

Враховуючи, що , запишемо

і, застосовуючи теорему Піфагора, отримаємо,

,

а для напруженості магнітного поля

.

Магнітна індукція і напруженість магнітного поля в центрі кругового струму ( , ) відповідно рівні

Взаємодія паралельних провідників із струмом.

Одиниця сили струму.

Знайдемо силу на одиницю довжини, з якою взаємодіють у вакуумі два паралельні нескінченно довгі дроти з струмами і якщо відстань між проводами дорівнює . Кожен елемент струму знаходиться в магнітному полі струму, а саме в полі. Кут між кожним елементом струму та вектором поля дорівнює 90°.

Тоді згідно із законом Ампера, на ділянку провідника зі струмом діє сила

,

а на одиницю довжини провідника ця сила дорівнюватиме

Для сили чинної на одиницю довжини провідника зі струмом виходить той самий вираз. І наостанок. Визначаючи напрямок вектора за допомогою правила правого гвинта, і напрямок сили Ампера за допомогою правила лівої руки переконаємося, що струми однаково спрямовані, притягуються, а спрямовані протилежно відштовхуються.

Якщо по провідникам, що знаходяться на відстані протікають однакові струми , то на кожен метр довжини провідників діють сили рівні або, враховуючи що , Отримаємо, а густота ліній була б пропорційна модулю вектора, або в іншому записі.

Це означає, що магнітне поле немає джерел (магнітних зарядів). Магнітне поле породжують не магнітні заряди (яких у природі немає), а електричні струми. Цей закон є фундаментальним: він справедливий не лише для постійних, а й для змінних магнітних полів.

Електричний струм, що протікає провідником, створює навколо цього провідника магнітне поле (рис. 7.1). Напрямок магнітного поля, що виникає, визначається напрямом струму.
Спосіб позначення напрямку електричного струму у провіднику показано на рис. 7.2: точку на рис. 7.2(а) можна сприймати як вістря стрілки, що вказує напрямок струму до спостерігача, а хрестик - як хвіст стрілки, що вказує напрямок струму від спостерігача.
Магнітне поле, що виникає навколо провідника зі струмом, показано на рис. 7.3. Напрямок цього поля легко визначається за допомогою правила правого гвинта (або правила буравчика): якщо вістря буравчика поєднати з напрямком струму, то при його загвинчуванні напрямок обертання рукоятки збігатиметься з напрямком магнітного поля.

Мал. 7.1. Магнітне поле навколо провідника зі струмом.

Мал. 7.2. Позначення напрямку струму (а) до спостерігача та (б) від спостерігача.

Поле, яке створюється двома паралельними провідниками

1. Напрями струмів у провідниках збігаються. На рис. 7.4(а) зображено два паралельні провідники, розташовані на деякій відстані один від одного, причому магнітне поле кожного провідника зображено окремо. У проміжку між провідниками створювані ними магнітні поля протилежні за напрямом і компенсують одне одного. Результуючий магнітне поле показано на рис. 7.4(б). Якщо змінити напрямок обох струмів на зворотний, то зміниться на зворотний і напрямок результуючого магнітного поля (рис. 7.4 (б)).

Мал. 7.4. Два провідники з однаковими напрямками струмів (а) та їх результуюче магнітне поле (6, в).

2. Напрями струмів у провідниках протилежні. На рис. 7.5(а) показано магнітні поля для кожного провідника окремо. У цьому випадку у проміжку між провідниками їх поля підсумовуються і тут результуюче поле (рис. 7.5(б)) максимально.

Мал. 7.5. Два провідники з протилежними напрямками струмів (а) та їх результуюче магнітне поле (б).

Мал. 7.6. Магнітне поле соленоїда.

Соленоїд – це циліндрична котушка, що складається з великої кількості витків дроту (рис. 7.6). Коли по витках соленоїда протікає струм, соленоїд поводиться як смуговий магніт із північним та південним полюсами. Створюване ним магнітне поло нічим не відрізняється від нуля постійного магніту. Магнітне поле всередині соленоїда можна посилити, намотавши котушку на магнітний сердечник зі сталі, заліза або іншого магнітного матеріалу. Напруженість (величина) магнітного поля соленоїда залежить також від сили електричного струму, що пропускається, і числа витків.

Електромагніт

Соленоїд можна використовувати як електромагніт, при цьому сердечник робиться з магнітом'якого матеріалу, наприклад ковкого заліза. Соленоїд поводиться як магніт тільки в тому випадку, коли через котушку протікає електричний струм. Електромагніти застосовуються в електричних дзвінках та реле.

Провідник у магнітному полі

На рис. 7.7 зображено провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле. Видно, що магнітне поле цього провідника складається з магнітним полем постійного магніту в зоні вище провідника і віднімається в зоні нижче провідника. Таким чином, сильніше магнітне поле знаходиться вище провідника, а слабше - нижче (рис. 7.8).
Якщо змінити напрямок струму у провіднику на зворотний, то форма магнітного поля залишиться колишньою, але його величина буде більшою під провідником.

Магнітне поле, струм та рух

Якщо провідник зі струмом помістити в магнітне поле, то на нього діятиме сила, яка намагається пересунути провідник з області сильнішого поля в слабшу область, як показано на рис. 7.8. Напрямок цієї сили залежить від напрямку струму, а також від напрямку магнітного нуля.

Мал. 7.7. Провідник зі струмом у магнітному полі.

Мал. 7.8. Результуюче поле

Величина сили, що діє на провідник із струмом, визначається як величиною магнітного поля, так і силою гіка, що протікає через цей провідник.
Рух провідника, поміщеного в магнітне поле, при пропущенні через нього струму називається принципом двигуна. На цьому принципі засновано роботу електродвигунів, магнітоелектричних вимірювальних приладів з рухомою котушкою та інших пристроїв. Якщо провідник переміщати в магнітному полі, у ньому генерується струм. Це називається принципом генератора. На цьому принципі заснована робота генераторів постійного та змінного струму.

До цього часу розглядалося магнітне поле, пов'язане лише з постійним електричним струмом. І тут напрям магнітного поля незмінно і визначається напрямом постійного дока. При перебігу змінного струму створюється змінне магнітне поле. Якщо окрему котушку помістити в це змінне поле, то в ній індукуватиметься (наводиться) ЕРС (напруга). Або якщо дві окремі котушки розташувати у безпосередній близькості один до одного, як показано на рис. 7.9. і докласти змінну напругу до однієї обмотки (W1), то між висновками другої обмотки (W2) виникатиме нова змінна напруга (індукована ЕРС). Це принцип роботи трансформатора.

Мал. 7.9. Індукована ЕРС.

У цьому відео розповідається про поняття магнетизму та електромагнетизму:

Обчислимо поле, створюване струмом, що тече по тонкому прямолінійному дроту нескінченної довжини.

Індукція магнітного поля у довільній точці А(рис. 6.12), створюваного елементом провідника d l , дорівнюватиме

Мал. 6.12. Магнітне поле прямолінійного провідника

Поля від різних елементів мають однаковий напрямок (щодо кола до кола радіусом R, що лежить у площині, ортогональній провіднику). Отже, ми можемо складати (інтегрувати) абсолютні величини

Висловимо rі sin через змінну інтеграцію l

Тоді (6.7) листується у вигляді

Таким чином,

Картина силових ліній магнітного поля нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом представлена ​​на рис. 6.13.

Мал. 6.13. Магнітні силові лінії поля прямолінійного провідника зі струмом:
1 – вид збоку; 2, 3 - переріз провідника площиною, перпендикулярною до провідника

Мал. 6.14. Позначення напряму струму у провіднику

Для позначення напрямку струму у провіднику, перпендикулярному площині малюнка, будемо використовувати такі позначення (рис. 6.14):

Нагадаємо вираз для напруженості електричного поля тонкої нитки, зарядженої з лінійною щільністю заряду

Подібність виразів очевидна: ми маємо ту ж залежність від відстані до нитки (струму), лінійна щільність заряду замінилася силою струму. Але напрями полів різні. Для нитки електричне поле спрямоване радіусами. Силові лінії магнітного поля нескінченного прямолінійного провідника зі струмом утворюють систему концентричних кіл, що охоплюють провідник. Напрями силових ліній утворюють із напрямком струму правовинтову систему.

На рис. 6.15 представлений досвід дослідження розподілу силових ліній магнітного поля навколо прямолінійного провідника зі струмом. Товстий мідний провідник пропущений через отвори в прозорій пластинці, на яку насипано залізну тирсу. Після включення постійного струму силою 25 А і постукування по пластинці тирса утворюють ланцюжки, що повторюють форму силових ліній магнітного поля.

Навколо прямого дроту, перпендикулярного платівці, спостерігаються кільцеві силові лінії, розташовані найбільш густо поблизу дроту. При віддаленні від нього поле зменшується.

Мал. 6.15. Візуалізація силових ліній магнітного поля навколо прямолінійного провідника

На рис. 6.16 представлені досліди щодо дослідження розподілу силових ліній магнітного поля навколо проводів, що перетинають картонну пластинку. Залізна тирса, насипана на платівку, вишиковується вздовж силових ліній магнітного поля.

Мал. 6.16. Розподіл силових ліній магнітного поля
поблизу перетину з пластинкою одного, двох та кількох проводів