Магнітне поле у ​​прямолінійному дроті. §17

Нехай уздовж осі OZрозташований нескінченно довгий провідник, яким тече струм із силою . А сила струму це що таке?
,
- заряд, який перетинає поверхню S за час
. Система має осьову симетрію. Якщо ми введемо циліндричні координати r,  , z, то циліндрична симетрія означає, що
і крім того,
, при зміщенні вздовж осі OZ, ми бачимо те саме. Таке джерело. Магнітне поле має бути таким, щоб задовольнялися ці умови
і
. Це означає ось що: силові лінії магнітного поля– кола, що лежать у площині ортогонального провідника. Це негайно дає змогу знайти магнітне поле.

П усть у нас це провідник.

Ось ортогональна площина,

ось коло радіусу r,

я візьму тут дотичний вектор, вектор, спрямований вздовж  , дотичний вектор до кола.

Тоді,
,
де
.

Як замкнутий контур вибираємо коло радіусу r= const. Пишемо тоді , сума довжин по всьому колу (а інтеграл це ні що інше, як сума) – це довжина кола., де  – сила струму у провіднику. Справа стоїть заряд, який перетинає поверхню за одиницю часу. Звідси мораль:
. Значить, прямий провідник створює магнітне поле з силовими лініями у вигляді кіл, що охоплюють провідник, і ця величина Успадає як при віддаленні від провідника, ну, і прагне нескінченності, якщо ми наближаємося до провідника, коли контур йде всередину провідника.

Е цей результат тільки для випадку, коли контур охоплює струм. Зрозуміло, що нескінченний провідник нереалізований. Довжина провідника – величина, що спостерігається, і ніякі спостережувані величини не можуть приймати нескінченних значень, не такої лінійки, яка дозволила б виміряти нескінченну довжину. Це нереалізована річ, тоді який толк у цій формулі? Товк простий. Для будь-якого провідника буде справедливо наступне: досить близько до провідника силові лінії магнітного поля – ось такі замкнуті кола, що охоплюють провідник, і на відстані
(R– радіус кривизни провідника), буде справедливою ця формула.

Магнітне поле, створюване довільним провідником зі струмом.

Закон Біо-Савару.

П Усть ми маємо довільний провідник зі струмом, і нас цікавить магнітне поле, створюване шматком цього провідника в даній точці. Як, до речі, в електростатиці ми знаходили електричне поле, створюване якимось розподілом заряду? Розподіл розбивали на малі елементи та обчислювали в кожній точці поле від кожного елемента (за законом Кулона) та підсумовували. Така сама програма і тут. Структура магнітного поля складніша, ніж електростатичне, до речі, воно не потенційно, замкнене магнітне поле не можна уявити як градієнт скалярної функції, у нього інша структура, але ідея та сама. Розбиваємо провідник на малі елементи. Ось я взяв маленький елемент
, положення цього елемента визначається радіус-вектором , А точка спостереження задається радіус-вектором . Стверджується, що цей елемент провідника створить індукцію в цій точці. за таким рецептом:
. Звідки береться цей рецепт? Його знайшли свого часу експериментально, важко мені, до речі, уявити, як це можна було експериментально знайти таку достатньо. складну формулуз векторним твором. Насправді, це наслідок четвертого рівняння Максвелла
. Тоді поле, яке створюється всім провідником:
, або, ми можемо написати тепер інтеграл:
. Зрозуміло, що обчислювати такий інтеграл для довільного провідника заняття не дуже приємне, але як сума це нормальне завдання для комп'ютера.

приклад.Магнітне поле кругового витка зі струмом.

П усть у площині YZрозташовується дротяний виток радіуса R, яким тече струм сили . Нас цікавить магнітне поле, що створює струм. Силові лінії поблизу витка такі:

Загальна картина силових ліній також проглядається ( рис.7.10).

П про ідею, нас цікавило б поле
, але в елементарних функціяхвказати поле цього витка не можна. Знайти можна лише на осі симетрії. Ми шукаємо поле в точках ( х,0,0).

Напрямок вектора визначається векторним твором
. Вектор має дві складові:
і . Коли ми почнемо підсумовувати ці вектори, всі перпендикулярні складові в сумі дадуть нуль.
. А тепер пишемо:
,
=, а
.
, і, нарешті 1) ,
.

Ми здобули такий результат:

А тепер, як перевірка, поле в центрі витка дорівнює:
.

Поле довгого соленоїда.

Соленоїдом називається котушка, на яку намотаний провідник.

М агнітне поле від витків складається, і не важко здогадатися, що структура силових ліній поля така: вони всередині йдуть густо, а далі розріджено. Тобто для довгого соленоїда зовні вважатимемо =0, а всередині соленоїда =const. Усередині довгого соленоїда, ну в околиці. Скажімо, його середини, магнітне поле практично однорідне, а поза соленоїдом це поле мало. Тоді ми можемо знайти це магнітне поле всередині так: ось я беру такий контур ( рис.7.13), а тепер пишемо:
1)


.

- Це повний заряд. Цю поверхню протикають витки

(Повний заряд) =
(кількість витків, що протикають цю поверхню).

Ми отримаємо таку рівність із нашого закону:
, або

.

Поле на великій відстанівід обмеженого розподілу струму

Магнітний момент

Мається на увазі, що в обмеженій області простору течуть струми, тоді є простий рецепт для знаходження магнітного поля, яке створює цей обмежений розподіл. Ну, до речі, під це поняття обмежений простір підпадає будь-яке джерело, тому тут жодного звуження немає.

Якщо характерний розмір системи , то
. Нагадаю, що ми вирішували аналогічну проблему для електричного поля, створюваного обмеженим розподілом заряду, і там з'явилося поняття дипольного моменту та моментів вищого порядку. Вирішувати це завдання я тут не буду.

П про аналогію (як робилося в електростатиці) можна показати, що магнітне поле від обмеженого розподілу на великих відстанях подібно до електричного поля диполя. Тобто структура цього поля така:

Розподіл характеризується магнітним моментом .Магнітний момент
, де – щільність струму або, якщо врахувати, що ми маємо справу з зарядженими частинками, що рухаються, то ось цю формулу для суцільного середовища ми можемо виразити через заряди частинок таким чином:
. Що ця сума висловлює? Повторюю, розподіл струму створюється тим, що рухаються ці заряджені частинки. Радіус-вектор i-ої частинки векторно множиться на швидкість i-ой частинки і все це множиться на заряд цієї i-ої частинки.

Така конструкція, до речі, у нас у механіці була. Якщо замість заряду без множника написати масу частинки, що це буде зображати? Момент імпульсу системи.

Якщо ми маємо частинки одного сорту (
, наприклад, електрони), тоді ми можемо написати

. Значить, якщо струм створюється частинками одного сорту, магнітний момент пов'язаний просто з моментом імпульсу цієї системи частинок.

Магнітне поле, створюване цим магнітним моментом одно:

(8.1 )

Магнітний момент витка зі струмом

П усть у нас є виток і по ньому тече струм сили. Вектор відмінний від нуля в межах витка. Візьмемо елемент цього витка ,
, де S – поперечний перерізвитка, а - Поодинокий дотичний вектор. Тоді магнітний момент визначено так:
. А що таке
? Це вектор, спрямований уздовж вектора нормалі до площини витка . А векторний добуток двох векторів – це подвійна площа трикутника, побудованого цих векторах. Якщо dS– площа трикутника, побудованого на векторах і , то
. Тоді ми пишемо магнітний момент, що дорівнює. Значить,

(магнітний момент витка зі струмом) = (сила струму) (Площа витка) (Нормаль до витка) 1) .

А тепер ми формулу ( 8.1 ) застосуємо для витка зі струмом і зіставимо з тим, що ми видобули в Минулого разу, просто для перевірки формули, оскільки цю формулу я зліпив за аналогією.

Нехай ми маємо на початку координат виток довільної форми, яким тече струм сили , тоді поле в точці на відстані ходно: (
). Для круглого витка
,
. На минулій лекції ми знаходили магнітне поле круглого витка зі струмом, при
ці формули збігаються.

На великих відстанях від будь-якого розподілу струму магнітне поле знаходиться за формулою ( 8.1 ), а весь цей розподіл характеризується одним вектором, який називається магнітний момент. До речі, найпростіше джерело магнітного поля – це магнітний момент. Для електричного поля найпростіше джерело це монополь, для електричного поля наступний за складністю це електричний диполь, а магнітного поля все починається з цього диполя чи магнітного моменту. Це ще раз звертаю увагу остільки, оскільки немає цих самих монополів. Був би монополь, тоді було б як і в електричному полі. А так у нас найпростіше джерело магнітного поля це магнітний момент, аналог електричного диполя. Наочний приклад магнітного моменту – незмінний магніт. Постійний магніт має магнітний момент, і на великій відстані його поле має таку структуру:

Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі

Ми бачили, що на заряджену частинку діє сила, що дорівнює
. Струм у провіднику є результатом руху заряджених частинок тіла, тобто рівномірно розмазаного заряду в просторі немає, заряд локалізований у кожній частинці. Щільність струму
. на i-у частинку діє сила
.

У виберемо елемент об'єму
та підсумуємо сили, що діють на всі частинки цього елемента об'єму
. Сила, що діє на всі частинки в даному елементі об'єму, визначається як щільність струму на магнітне поле та величину елемента об'єму. А тепер перепишемо її у диференціальному вигляді:
, звідси
– це щільність сили, Сила, що діє на одиницю об'єму. Тоді ми отримаємо загальну формулудля сили:
.

Про Звичайно струм тече по лінійних провідниках, рідко ми стикаємося з випадками, коли струм розмазаний якось за обсягом. Хоча, до речі, Земля має магнітне поле, а від чого це поле? Джерело поля це магнітний момент, це означає, що Земля має магнітний момент. А це означає, що той рецепт для магнітного моменту показує, що мають бути якісь струми всередині Землі, вони по необхідності мають бути замкнутими, тому що не може бути стаціонарного розімкнутого поля. Звідки ці струми, що їх підтримує? Я не фахівець у земному магнетизмі. Якийсь час тому певної моделі цих струмів ще не було. Вони могли бути там колись індуковані і ще не встигли загаснути там. Насправді, струм можна порушити у провіднику, і потім він швидко сам закінчується за рахунок поглинання енергії, виділення тепла та іншого. Але коли ми маємо справу з такими обсягами як Земля, то там час загасання цих струмів, одного разу якимось механізмом збуджених, цей час загасання може бути дуже тривалим і триватиме геологічні епохи. Можливо, так воно і є. Ну, скажімо, дрібний об'єкт типу Місяця має дуже слабке магнітне поле, це означає, що воно затухло там уже, скажімо, магнітне поле Марса теж значно слабше за поле Землі, тому що і марс менший за Землю. Це я до чого? Звичайно, є випадки, коли струми течуть в об'ємах, але те, що ми тут на Землі маємо це зазвичай лінійні провідники, тому цю формулу зараз трансформуємо стосовно лінійного провідника.

П усть є лінійний провідник, Струм тече з силою. Виберемо елемент провідника , обсяг цього елемента dV,
,
. Сила, що діє елемент провідника
перпендикулярна до площини трикутника, побудованого на векторах. і , тобто спрямована перпендикулярно до провідника, а повна силаперебуває підсумовуванням. Ось дві формули вирішують це завдання.

Магнітний момент у зовнішньому полі

Магнітний момент сам створює поле, зараз ми власне його поле не розглядаємо, а нас цікавить, як поводиться магнітний момент, поміщений у зовнішнє магнітне поле. На магнітний момент діє момент сили, що дорівнює
. Момент сили буде спрямований перпендикулярно до дошки, і цей момент прагнутиме розгорнути магнітний момент вздовж силової лінії. Чому стрілка компаса вказує на північний полюс? Їй, звичайно, немає справи до географічного полюса Землі, стрілка компаса орієнтується вздовж силової лінії магнітного поля, яка, внаслідок випадкових причин, до речі, спрямована приблизно меридіаном. За рахунок чого? А на неї діє момент. Коли стрілка, магнітний момент, що збігається у напрямку із самою стрілкою, не збігається з силовою лінією, з'являється момент, що розгортає її вздовж цієї лінії. Звідки у стрілки компаса береться магнітний момент, це ще обговоримо.

До крім того, на магнітний момент діє сила , рівна
. Якщо магнітний момент спрямований вздовж то сила втягує магнітний момент в область з більшою індукцією. Ці формули схожі на те, як діє електричне поле на дипольний моментТам теж дипольний момент орієнтується вздовж поля і втягується в область з більшою напруженістю. Тепер ми можемо розглянути питання про магнітне поле речовини.

Магнітне поле у ​​речовині

А томи можуть мати магнітні моменти. Магнітні моменти атомів пов'язані з імпульсом електронів. Вже було отримано формулу
, де - Момент імпульсу частинки створює струм. В атомі ми маємо позитивне ядро ​​та електрон е, Що обертається по орбіті, насправді, свого часу ми побачимо, що ця картина не має відношення до реальності, так не можна уявляти електрон, який обертається, але залишається те, що електрон в атомі має момент імпульсу, і цьому моменту імпульсу буде відповідати такий магнітний момент:
. Наочно, заряд, що обертається по колу, еквівалентний круговому струму, тобто елементарний виток зі струмом. Момент імпульсу електрона в атомі квантується, тобто може набувати лише певних значень, ось за таким рецептом:
,
, де ось ця величина – це постійна Планка. Момент імпульсу електрона в атомі може набувати лише певних значень, ми зараз не обговорюватимемо, як це виходить. Ну, і внаслідок цього магнітний момент атома може набувати певних значень. Ці деталі нас зараз не хвилюють, але, принаймні, уявлятимемо, що атом може мати певний магнітний момент, є атоми, у яких немає магнітного моменту. Тоді речовина, поміщена в зовнішнє поле намагнічується, а це означає, що воно набуває певного магнітного моменту внаслідок того, що магнітні моменти атомів орієнтуються переважно вздовж поля.

Елемент об'єму dVнабуває магнітного моменту
, при чому вектор має сенс густини магнітного моменту і називається вектором намагнічування. Є клас речовин, званих парамагнетики, для яких
, намагнічується так, що магнітний момент збігається з напрямом магнітного поля. Є діамагнетики, які намагнічуються, так би мовити, «проти вовни», тобто магнітний момент антипаралелен вектору отже,
. Це тонший термін. Те, що вектор паралельний вектору Відомо, магнітний момент атома орієнтується вздовж магнітного поля. Діамагнетизм пов'язаний з іншим: якщо атом не володіє магнітним моментом, то в зовнішньому магнітному полі він набуває магнітного моменту, причому магнітний момент антипаралелен . Цей дуже тонкий ефект пов'язані з тим, що магнітне полі впливає площині орбіт електронів, тобто воно впливає поведінка моменту імпульсу. Парамагнетик втягується в магнітне поле, діамагнетик виштовхується. Ось щоб це не було безпредметно, мідь – це діамагнетик, і алюміній – парамагнетик, якщо взяти магніт то алюмінієвий коржик буде притягуватися магнітом, а тоді мідна відштовхуватиметься.

Зрозуміло, що результуюче поле, коли речовина внесено в магнітне поле, це сума зовнішнього поля і поля, створюваного рахунок магнітного моменту речовини. Тепер звернемося до рівняння
, або у диференціальній формі
. Тепер таке твердження: намагнічування речовини еквівалентно наведенню в ньому струму із щільністю
. Тоді це рівняння ми напишемо у вигляді
.

Перевіримо розмірність: М- це магнітний момент в одиниці об'єму
, Розмірність
. Коли ви пишете якусь формулу, то розмірність завжди корисно перевіряти, особливо якщо формула ця власної виводки, тобто її не змалювали, не запам'ятали, а отримали.

Н амагніченість характеризується вектором , він так і називається вектором намагніченості, це щільність магнітного моменту або магнітний момент в одиницю часу. Я казав, що намагніченість еквівалентна появі струму
, Так званого молекулярного струму, і це рівняння еквівалентно такому:
тобто ми можемо вважати, що немає намагніченості, а є такі струми. Задамося таким рівнянням:
,- це справжні струми, пов'язані з конкретними носіями зарядів, а це струми, пов'язані з намагніченістю. Електрон в атомі це круговий струм, візьмемо область усередині, всередині зразка всі ці струми знищуються, але наявність таких кругових струмів еквівалентно одному загальному струму, який обтікає цей провідник поверхнею, звідси і така формула. Перепишемо це рівняння у такому вигляді:
,
. Цей теж відправимо вліво і позначимо
, вектор називається напруженістю магнітного полятоді рівняння набуде вигляду
. (циркуляція напруженості магнітного поля по замкнутому контуру) = (сила струму через поверхню цього контуру).

Ну і, нарешті, останнє. Ми маємо таку формулу:
. Для багатьох середовищ намагніченість залежить від напруженості поля,
, де –магнітна сприйнятливість, Це коефіцієнт, що характеризує схильність речовини до намагнічування. Тоді ця формула перепишеться у вигляді
,
–магнітна проникність, і ми отримуємо таку формулу:
.

Якщо
, то це парамагнетики,
- це діамагнетики, ну, і, нарешті, є речовини, для яких це приймає великі значення(порядку 10 3),
- це феромагнетики (залізо, кобальт та нікель). Феромагнетики чудові тем. Що вони не тільки намагнічуються в магнітному полі, а їм властиво залишкове намагнічування, якщо він вже одного разу був намагнічений, то якщо прибрати зовнішнє поле, то він залишиться намагніченим на відміну від діа-і парамагнетиків. Постійний магніт - це і є феромагнетик, який без зовнішнього поля намагнічений сам по собі. До речі, є аналоги цієї справи в електриці: є діелектрики, які поляризовані власними силами без жодного зовнішнього поля. За наявності речовини наше фундаментальне рівняння набуває такого вигляду:

,

,

.

А ось ще прикладферомагнетика, побутовий приклад магнітного поля в середовищах, по-перше, постійний магніт, ну і більш тонка річ - магнітофонна стрічка. Яким є принцип запису на стрічку? Магнітофонна стрічка - це тонка стрічка, покрита шаром феромагнетика, що записує головка - це котушка із сердечником, по якій тече змінний струм, у зазорі створюється змінне магнітне поле, струм відстежує звуковий сигнал, коливання з певною частотою. Відповідно, в контурі магніту є змінне магнітне поле, яке змінюється разом з цим струмом. Феромагнетик намагнічується змінним струмом. Коли ця стрічка простягається з пристрою такого типу, змінне магнітне поле створює змінну е.р.с. і відтворюється знову електричний сигнал. Це феромагнетики на побутовому рівні.

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). Висловимо 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 струмомкінцевої 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 провідниківзі 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.

Інструкція

Щоб дізнатися напрямокмагнітних для прямого провідниказ , розташуйте його так, щоб електричний струмйшов 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 величинуіндукції, потрібно знати та її напрямок. 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 рукутак, 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 опорних точокпри побудові видимості, повідомляючи нам про перебування у просторі тих , 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, проведених вами в попередній крокз 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), то 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 керуйтесь наступним 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 ж ланцюзі вони вириваються електричним полемз електрода, заряд якого збігається із 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 поводяться аналогічно електронам, а в другому - аналогічно позитивним іонаму газах чи дірках у напівпровідниках.

При вказівці напряму струмув електричної схеми, 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. Вказаний напрямоквважається 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 правилБезпека 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 жителіввам можна звернутись. Хороша порадаі 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 дією магніту вишиковуються в певному порядку. Кожен магніт може "намалювати" лише один вид візерунка. Тому ті, хто хочуть різноманітності, змушені купувати кілька пристосувань з різними мотивами. Хороша новинадля 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 рисавсіх лаків цього - 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 хвиліі 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 явищЩо стосується 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 корина різних ділянках планети, та наближення/видалення космічних тіл(Сонця, Місяця), і, більшою мірою, міграція.

Потік магми є гігантською мантійною річкою, яка рухається під впливом сонячної радіаціїта 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 умовахрусло мантійної річки мало б проходити вздовж екватора. У цьому випадку географічні та магнітні полюсиЗемлі збігалися б. Але природні умови такі, що під час руху магма шукає зони найменшого опорупотоку (зони низького тискукори) і просувається до них, зрушуючи при цьому магнітне поле та геомагнітні полюси.

Магнітні аномалії

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

Найпоширеніше явище – 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 біктим самим змінюючи магнітне поле таким чином, що ця область протилежна решті 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 з 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 конструкторияк 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, враховуючи вікові особливостідітей. 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.

Магнітне поле електричного струму

Магнітне поле створюється як природними чи штучними , а й провідником, якщо з ньому проходить електричний струм. Отже, існує зв'язок між магнітними та електричними явищами.

Переконатися в тому, що навколо провідника, яким проходить струм, утворюється магнітне поле, неважко. Над рухомою магнітною стрілкою паралельно до неї помістіть прямолінійний провідник і пропустіть через нього електричний струм. Стрілка займе положення перпендикулярне провіднику.

Які ж сили могли змусити повернутись магнітну стрілку? Очевидно, сили магнітного поля, що виникло навколо провідника. Вимкніть струм, і магнітна стрілка займе своє звичайне положення. Це говорить про те, що з вимкненням струму зникло магнітне поле провідника.

Таким чином, електричний струм, що проходить по провіднику, створює магнітне поле. Щоб дізнатися, в яку сторону відхилиться магнітна стрілка, застосовують правило правої руки. Якщо розташувати над провідником праву руку долонею вниз так, щоб напрям струму збігався з напрямом пальців, то відігнутий великий палець покаже напрям відхилення північного полюсамагнітної стрілки, розміщеної під провідником.Користуючись цим правилом і знаючи полярність стрілки, можна визначити напрямок струму в провіднику.

Магнітне поле прямолінійного провідника має форму концентричних кіл.Якщо розташувати над провідником праву руку долонею вниз так, щоб струм виходив з пальців, то відігнутий великий палець вкаже на північний полюс магнітної стрілки.Таке поле називається круговим магнітним полем.

Напрямок силових ліній кругового полязалежить від провідника і визначається так званим правилом «буравчика». Якщо буравчик подумки вкручувати за напрямом струму, то напрям обертання його ручки збігатиметься з напрямом магнітних силових ліній поля.Застосовуючи це правило, можна дізнатися про напрям струму в провіднику, якщо відомий напрям силових ліній поля, створеного цим струмом.

Повертаючись до досвіду з магнітною стрілкою, можна переконатися, що вона завжди розташовується своїм північним кінцем у напрямку силових ліній магнітного поля.

Отже, навколо прямолінійного провідника, яким проходить електричний струм, виникає магнітне поле. Воно має форму концентричних кіл і називається круговим магнітним полем.

Соленої д. Магнітне поле соленоїда

Магнітне поле виникає навколо будь-якого провідника незалежно від його форми за умови, що провідником проходить електричний струм.

У електротехніці ми маємо справу з , що складаються з низки витків. Для вивчення цікавого для нас магнітного поля котушки розглянемо спочатку, яку форму має магнітне поле одного витка.

Уявімо виток товстого дроту, що пронизує лист картону і приєднаний до джерела струму. Коли через виток проходить електричний струм, навколо кожної окремої частини витка утворюється кругове магнітне поле. За правилом «буравчика» неважко визначити, що магнітні силові лінії всередині витка мають однаковий напрямок (до нас чи від нас, залежно від напрямку струму у витку), причому вони виходять з одного боку витка і входять в інший бік. Ряд таких витків, що має форму спіралі, є так званим соленоїд (котушку).

Навколо соленоїда при проходженні через нього струму утворюється магнітне поле. Воно виходить в результаті складання магнітних полів кожного витка і формою нагадує магнітне поле прямолінійного магніту. Силові лінії магнітного поля соленоїда, так само як і прямолінійному магнітівиходять з одного кінця соленоїда і повертаються в інший. Усередині соленоїда вони мають однаковий напрямок. Таким чином, кінці соленоїда мають полярність. Той кінець, з якого виходять силові лінії, є північним полюсомсоленоїда, а кінець, куди силові лінії входять, - його південним полюсом.

Полюси соленоїдаможна визначити за правилу правої рукиАле для цього треба знати напрям струму в його витках. Якщо накласти на соленоїд праву руку долонею вниз, так щоб струм виходив з пальців, то відігнутий великий палець вкаже на північний полюс соленоїда. З цього правила випливає, що полярність соленоїда залежить від напрямку струму в ньому. У цьому неважко переконатися практично, піднісши до одного з полюсів соленоїда магнітну стрілку і потім змінивши напрямок струму в соленоїді. Стрілка вмить повернеться на 180°, тобто вкаже на те, що полюси соленоїда змінилися.

Соленоїд має властивість втягувати в себе легкі залізні предмети. Якщо всередину соленоїда помістити сталевий брусок, через деякий час під дією магнітного поля соленоїда брусок намагнітиться. Цей спосіб застосовують при виготовленні.

Електромагніти

Є котушкою (соленоїд) з поміщеним всередину її залізним сердечником. Форми та розміри електромагнітів різноманітні, проте загальний устрій всіх їх однаковий.

Котушка електромагніту є каркасом, виготовленим найчастіше з пресшпану або фібри і має різні формиЗалежно від призначення електромагніту. На каркас намотаний у кілька шарів мідний ізольований дріт - обмотка електромагніту. Вона має різну кількість витків і виготовляється з дроту різного діаметра, залежно від призначення електромагніту.

Для запобігання ізоляції обмотки від механічних пошкоджень обмотку покривають одним або декількома шарами паперу або іншим ізолюючим матеріалом. Початок і кінець обмотки виводять назовні та приєднують до вивідних клем, укріплених на каркасі, або до гнучких провідників з наконечниками на кінцях.

Котушка електромагніту насаджена на сердечник з м'якого, відпаленого заліза або сплавів заліза з кремнієм, нікелем і т. д. Таке залізо має найменший залишковий. Сердечники найчастіше роблять складовими із тонких листів, ізольованих один від одного. Форми сердечників можуть бути різними залежно від призначення електромагніту.

Якщо по обмотці електромагніта пропустити електричний струм, навколо обмотки утворюється магнітне поле, яке намагнічує сердечник. Оскільки сердечник виготовлений з м'якого заліза, він намагнітиться миттєво. Якщо потім вимкнути струм, то магнітні властивостісердечника також швидко зникнуть, і він перестане бути магнітом. Полюси електромагніту, як і соленоїда, визначаються за правилом правої руки. Якщо в обмотці електромагніта змінити, то відповідно до цього зміниться і полярність електромагніту.

Дія електромагніту подібна до дії постійного магніту. Однак між ними є велика різниця. Постійний магніт завжди має магнітні властивості, а електромагніт тільки тоді, коли по його обмотці проходить електричний струм.

З іншого боку, сила тяжіння постійного магніту незмінна, оскільки незмінний магнітний потік постійного магніту. Сила ж тяжіння електромагніта перестав бути величиною постійної. Один і той же електромагніт може мати різною силоютяжіння. Сила тяжіння будь-якого магніту залежить від його величини магнітного потоку.

З мулу тяжіння, отже, та її магнітний потік залежить від величини струму, що проходить через обмотку цього електромагніта. Чим більший струм, тим більше сила тяжіння електромагніту, і, навпаки, що менше струм в обмотці електромагніта, то з меншою силою він притягує до себе магнітні тіла.

Але для різних за своїм пристроєм та розмірами електромагнітів сила їх тяжіння залежить не тільки від величини струму в обмотці. Якщо, наприклад, взяти два електромагніти однакового пристрою і розмірів, але один з невеликим числом витків обмотки, а інший - з набагато більшим, то неважко переконатися, що при тому самому струмі сила тяжіння останнього буде набагато більшою. Дійсно, ніж більше числовитків обмотки, тим більше при даному струмі створюється навколо цієї обмотки магнітне поле, оскільки воно складається з магнітних полів кожного витка. Отже, магнітний потік електромагніту, а отже, і сила його тяжіння буде тим більшою, ніж Велика кількістьвитків має обмотка.

Є ще одна причина, що впливає на величину магнітного потоку електромагніту. Це – якість його магнітного ланцюга. Магнітним ланцюгом називається шлях, яким замикається магнітний потік. Магнітний ланцюг має певне магнітним опором. Магнітний опір залежить від магнітної проникності середовища, через яке проходить магнітний потік. Чим більша магнітна проникність цього середовища, тим менше його магнітний опір.

Оскільки магнітна проникність феромагнітних тіл (заліза, сталі) у багато разів більша за магнітну проникність повітря, тому вигідніше робити електромагніти так, щоб їх магнітний ланцюг не містив у собі повітряних ділянок. Добуток сили струму на число витків обмотки електромагніта називається магніторушійною силою. Магніторушійна сила вимірюється кількістю ампер-витків.

Наприклад, по обмотці електромагніта, що має 1200 витків, проходить струм силою 50 ма. Магніторушійна сила такого електромагнітудорівнює 0,05 х 1200 = 60 ампер-витків.

Дія магніторушійної сили аналогічна дії електрорушійної сили в електричному ланцюзі. Подібно до того, як ЕРС є причиною виникнення електричного струму, магніторушійна сила створює магнітний потік в електромагніті. Точно так само, як в електричному ланцюзі зі збільшенням ЕРС збільшується струм у ціні, так і в магнітному ланцюзі зі збільшенням магніторушійної сили збільшується магнітний потік.

Дія магнітного опоруаналогічно дії електричного опоруланцюги. Як зі збільшенням опору електричного ланцюга зменшується струм, так і в магнітному ланцюгу Збільшення магнітного опору викликає зменшення магнітного потоку.

Залежність магнітного потоку електромагніту від магніторушійної сили та його магнітного опору можна виразити формулою, аналогічною формулі закону Ома: магніторушійна сила = (магнітний потік/магнітний опір)

Магнітний потік дорівнює магнитодвижущей силі, поділеної на магнітний опір.

Число витків обмотки та магнітний опір для кожного електромагніта є величина постійна. Тому магнітний потік даного електромагніту змінюється лише зі зміною струму, що проходить обмоткою. Так як сила тяжіння електромагніта обумовлюється його магнітним потоком, те щоб збільшити (або зменшити) силу тяжіння електромагніту, треба відповідно збільшити (або зменшити) струм в його обмотці.

Поляризований електромагніт

Поляризований електромагніт є з'єднанням постійного магніту з електромагнітом. Він улаштований таким чином. До полюсів постійного магніту прикріплені звані полюсні надставки з м'якого заліза. Кожна полюсна надставка служить осердям електромагніту, на неї насаджується котушка з обмоткою. Обидві обмотки з'єднуються між собою послідовно.

Так як полюсні надставки безпосередньо приєднані до полюсів постійного магніту, то вони мають магнітні властивості і за відсутності струму в обмотках; при цьому сила тяжіння їх незмінна та обумовлюється магнітним потоком постійного магніту.

Дія поляризованого електромагніта полягає в тому, що при проходженні струму по його обмотках сила тяжіння його полюсів зростає або зменшується в залежності від величини та напряму струму в обмотках. На цій властивості поляризованого електромагніту засновано дію та інших електротехнічних пристроїв.

Дія магнітного поля на провідник зі струмом

Якщо в магнітне поле помістити провідник так, щоб він був розташований перпендикулярно силовим лініям поля, і пропустити по цьому провіднику електричний струм, то провідник почне рухатися і виштовхуватиметься з магнітного поля.

Через війну взаємодії магнітного поля з електричним струмом провідник починає рухатися, тобто. електрична енергіяперетворюється на механічну.

Сила, з якою провідник виштовхується з магнітного поля, залежить від величини магнітного потоку магніту, сили струму у провіднику та довжини тієї частини провідника, яку перетинають силові лінії поля.Напрямок дії цієї сили, тобто напрям руху провідника, залежить від напрямку струму у провіднику і визначається по правила лівої руки.

Якщо тримати долоню лівої руки так, щоб до неї входили магнітні силові лінії поля, а витягнуті чотири пальці були звернені у напрямку струму у провіднику, то відігнутий великий палець вкаже напрямок руху провідника. Застосовуючи це правило, слід пам'ятати, що силові лінії поля виходять із північного полюса магніту.

Всім доброго доби. Минулої статті я розповів про магнітне поле і трохи зупинився на його параметрах. Ця стаття продовжує тему магнітного поля та присвячена такому параметру як магнітна індукція. Для спрощення теми я розповідатиму про магнітне поле у ​​вакуумі, тому що різні речовини мають різні магнітні властивості, і як наслідок необхідно враховувати їх властивості.

Закон Біо – Савара – Лапласа

В результаті дослідження магнітних полів створюваних електричним струмом, дослідники дійшли таких висновків:

• магнітна індукція, створювана електричним струмом, пропорційна силі струму;
• магнітна індукція має залежність від форми та розмірів провідника, яким протікає електричний струм;
• магнітна індукція у будь-якій точці магнітного поля залежить від розташування даної точки по відношенню до провідника зі струмом.

Французькі вчені Біо та Савар, які дійшли таких висновків звернулися до великого математика П. Лапласа для узагальнення та виведення основного закону магнітної індукції. Він висловив гіпотезу, що індукція в будь-якій точці магнітного поля, створюване провідником зі струмом, можна представити у вигляді суми магнітних індукційелементарних магнітних полів, що створюються елементарною ділянкою провідника зі струмом. Ця гіпотеза і стала законом магнітної індукції, званого законом Біо – Савара – Лапласа. Для розгляду цього закону зобразимо провідник зі струмом та створювану ним магнітну індукцію

Магнітна індукція dB, що створюється елементарною ділянкою провідника dl.

Тоді магнітна індукція dBелементарного магнітного поля, що створюється ділянкою провідника dl, зі струмом Iу довільній точці Рвизначатиметься наступним виразом

де I - сила струму, що протікає по провіднику,

r – радіус-вектор, проведений від елемента провідника до точки магнітного поля,

dl – мінімальний елемент провідника, який створює індукцію dB,

k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від системи відліку, у СІ k = μ 0 /(4π)

Так як є векторним твором, тоді підсумковий вираз для елементарної магнітної індукції виглядатиме таким чином

Таким чином, цей вираз дозволяє знайти магнітну індукцію магнітного поля, яке створюється провідником зі струмом довільної форми та розмірів за допомогою інтегрування правої частини виразу

де символ l означає, що інтегрування відбувається по всій довжині провідника.

Магнітна індукція прямолінійного провідника

Як відомо найпростіше магнітне поле створює прямолінійний провідник, яким протікає електричний струм. Як я вже говорив у попередній статті, силові лінії даного магнітного поля являють собою концентричні кола розташовані навколо провідника.

Для визначення магнітної індукції Упрямого дроту в точці Рвведемо деякі позначення. Бо точка Рзнаходиться на відстані bвід дроту, то відстань від будь-якої точки дроту до точки Рвизначається як r = b/sinα. Тоді найменшу довжину провідника dlможна обчислити з наступного виразу

У результаті закон Біо – Савара – Лапласа для прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

де I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру дроту до точки, де розраховується магнітна індукція.

Тепер просто проінтегруємо вираз, що вийшов по dαу межах від 0 до π.

Таким чином, підсумковий вираз для магнітної індукції прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру провідника до точки, де вимірюється індукція.

Магнітна індукція кільця

Індукція прямого дроту має невелике значення та зменшується при віддаленні від провідника, тому в практичних пристроях практично не застосовується. Найбільш широко використовуються магнітні поля створені дротом, намотаним на якийсь каркас. Тому такі поля називають магнітними полями кругового струму. Найпростішим таким магнітним поле має електричний струм, що протікає по провіднику, який має форму кола радіуса R.

У даному випадкупрактичний інтерес представляє два випадки: магнітне поле в центрі кола та магнітне поле в точці Р, яке лежить на осі кола. Розглянемо перший випадок.

У даному випадку кожен елемент струму dl створює в центрі кола елементарну магнітну індукцію dB, яка перпендикулярна до площини контуру, тоді закон Біо-Савара-Лапласа матиме вигляд

Залишається тільки проінтегрувати отриманий вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник.

Розглянемо другий випадок, коли точка, в якій обчислюється магнітна індукція, лежить на прямій хяка перпендикулярна площині обмеженою круговим струмом.

У цьому випадку індукція у точці Рявлятиме собою суму елементарних індукцій dB X, які у свою чергу є проекцією на вісь хелементарної індукції dB

Застосувавши закон Біо-Савара-Лапласа обчислимо величину магнітної індукції

Тепер проінтегруємо цей вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник,

х – відстань від точки, у якій обчислюється магнітна індукція, до центру кола.

Як видно з формули при х = 0, вираз, що вийшов, переходить у формулу для магнітної індукції в центрі кругового струму.

Циркуляція вектора магнітної індукції

Для розрахунку магнітної індукції найпростіших магнітних полів достатньо закону Біо-Савара-Лапласа. Однак при більш складних магнітних полях, наприклад, магнітне поле соленоїда або тороїда, кількість розрахунків та громіздкість формул значно збільшиться. Для спрощення розрахунків запроваджується поняття циркуляції вектора магнітної індукції.

Уявімо деякий контур l, який перпендикулярний струму I. У будь-якій точці Рданого контуру, магнітна індукція Унаправлена ​​по дотичній до цього контуру. Тоді добуток векторів dlі Уописується наступним виразом

Оскільки кут dφдосить малий, то векторів dl В визначається, як довжина дуги

Таким чином, знаючи магнітну індукцію прямолінійного провідника в даній точці, можна вивести вираз для циркуляції вектора магнітної індукції

Тепер залишається проінтегрувати вираз, що вийшов, по всій довжині контуру.

У нашому випадку вектор магнітної індукції циркулює навколо одного струму, а в разі кількох струмів вираз циркуляції магнітної індукції переходить у закон повного струму, який говорить:

Циркуляція вектора магнітної індукції по замкнутому контуру пропорційна алгебраїчній суміструмів, що охоплює цей контур.

Магнітне поле соленоїда та тороїда

За допомогою закону повного струму та циркуляції вектора магнітної індукції досить легко визначити магнітну індукцію таких складних магнітних полів як у соленоїда та тороїда.

Соленоїдом називається циліндрична котушка, яка складається з безлічі витків провідника, намотаних виток до витка на циліндричний каркас. Магнітне поле соленоїда фактично складається з множини магнітних полів кругового струму із загальною віссю, перпендикулярною до площини кожного кругового струму.

Скористаємося циркуляцією вектора магнітної індукції та представимо циркуляцію за прямокутним контуром 1-2-3-4 . Тоді циркуляція вектора магнітної індукції для цього контуру матиме вигляд

Бо на дільницях 2-3 і 4-1 вектор магнітної індукції перпендикулярний до контуру, то циркуляція дорівнює нулю. На ділянці 3-4 , який значно віддалений від соленоїда, його також можна не враховувати. Тоді з урахуванням закону повного струму магнітна індукція в соленоїді досить великої довжиниматиме вигляд

де n – число витків провідника соленоїда, яке посідає одиницю довжини,

I - Струм, що протікає по соленоїду.

Тороїд утворюється шляхом намотування провідника на кільцевий каркас. Дана конструкція еквівалентна системі з множини однакових кругових струмів, центри яких розташовані на колі.

Як приклад розглянемо тороїд радіусу R, на який намотано Nвитків дроту. Навколо кожного витка дроту візьмемо контур радіусу r, центр цього контуру збігається з центром тороїда. Оскільки вектор магнітної індукції Bспрямований по дотичній до контуру в кожній точці контуру, то циркуляція вектора магнітної індукції матиме вигляд

де r - Радіус контуру магнітної індукції.

Контур проходячи всередині тороїда охоплює N витків дроту зі струмом I, тоді закон повного струму для тороїда матиме вигляд

де n – число витків провідника, яке посідає одиницю довжини,

r – радіус контуру магнітної індукції,

R – радіус тороїда.

Таким чином, використовуючи закон повного струму та циркуляцію вектора магнітної індукції можна розрахувати скільки завгодно складне магнітне поле. Однак закон повного струму дає правильні результати лише у вакуумі. У разі розрахунку магнітної індукції у речовині необхідно враховувати так звані молекулярні струми. Про це йтиметься у наступній статті.

Теорія це добре, але без практичного застосуванняце просто слова.