Ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές. εκκένωση σπινθήρα

Ας συνδέσουμε τα ηλεκτρόδια μπάλας στη συστοιχία πυκνωτών (Εικ. 151) και ας αρχίσουμε να φορτίζουμε τους πυκνωτές χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική μηχανή. Καθώς οι πυκνωτές φορτίζονται, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων θα αυξηθεί και, κατά συνέπεια, θα αυξηθεί και η ένταση πεδίου στο αέριο. Όσο η ένταση του πεδίου είναι χαμηλή, δεν μπορεί να παρατηρηθούν αλλαγές στο αέριο. Ωστόσο, σε αρκετά υψηλή ένταση πεδίου (περίπου 3 MV/m), εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο οποίος έχει τη μορφή ενός λαμπερού ελικοειδή καναλιού που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Το αέριο κοντά στον σπινθήρα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία και ξαφνικά διαστέλλεται, γεγονός που προκαλεί ηχητικά κύματα και ακούμε ένα χαρακτηριστικό τρίξιμο. Οι πυκνωτές σε αυτή τη ρύθμιση είναι εκεί για να κάνουν τη σπίθα πιο ισχυρή.

Ρύζι. 151. Εάν η ένταση πεδίου στον αέρα φτάσει περίπου τα 3 MV / m, τότε συμβαίνει ηλεκτρική διάσπαση του αερίου και εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας

Η περιγραφόμενη μορφή εκκένωσης αερίου ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα ή διάσπαση σπινθήρα αερίου. Όταν εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα, το αέριο ξαφνικά, απότομα, χάνει τις διηλεκτρικές του ιδιότητες και γίνεται καλός αγωγός. Η ένταση πεδίου στην οποία συμβαίνει μια διάσπαση σπινθήρα ενός αερίου έχει διαφορετική τιμή για διαφορετικά αέρια και εξαρτάται από την κατάστασή τους (πίεση, θερμοκρασία).

Για μια δεδομένη τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ένταση του πεδίου είναι τόσο μικρότερη, όσο πιο μακριά είναι τα ηλεκτρόδια το ένα από το άλλο. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση μεταξύ τους απαραίτητη για την έναρξη μιας διάσπασης του αερίου με σπινθήρα. Αυτή η τάση ονομάζεται τάση διάσπασης.

Γνωρίζοντας πώς η τάση διάσπασης εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων οποιουδήποτε συγκεκριμένου σχήματος, είναι δυνατό να μετρηθεί η άγνωστη τάση κατά το μέγιστο μήκος του σπινθήρα. Αυτή είναι η βάση για τη συσκευή ενός βολτόμετρου σπινθήρα (Εικ. 152), το οποίο είναι βολικό για μια πρόχειρη εκτίμηση των υψηλών τάσεων (για παράδειγμα, σε εγκαταστάσεις ακτίνων Χ). Αποτελείται από δύο μεταλλικές μονωμένες μπάλες, η μία από τις οποίες μπορεί να κινείται ομαλά. Οι μπάλες συνδέονται με την πηγή της οποίας την τάση θέλουν να μετρήσουν και συγκεντρώνονται μέχρι να εμφανιστεί ένας σπινθήρας. Μετρώντας την απόσταση μεταξύ των σφαιρών και την αντίστοιχη τάση στην οποία συμβαίνει η διάσπαση, συντάσσονται ειδικοί πίνακες, με τη βοήθεια των οποίων στη συνέχεια προσδιορίζεται η τάση σε όλο το μήκος του σπινθήρα. Ως παράδειγμα, επισημαίνουμε ότι σε απόσταση 0,5 cm μεταξύ σφαιρών με διάμετρο 5 cm, η τάση διάσπασης είναι 17,5 kV και σε απόσταση 5 cm - περίπου 100 kV.

Ρύζι. 152. Βολτόμετρο σπινθήρα

Η εμφάνιση της βλάβης εξηγείται ως εξής. Υπάρχει πάντα ένας ορισμένος αριθμός ιόντων και ηλεκτρονίων σε ένα αέριο, που προκύπτουν από τυχαίες αιτίες. Συνήθως, όμως, ο αριθμός τους είναι τόσο μικρός που το αέριο πρακτικά δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό. Σε σχετικά χαμηλές εντάσεις πεδίου, που συναντάμε στη μελέτη της μη αυτοσυντηρούμενης αγωγιμότητας των αερίων, οι συγκρούσεις ιόντων που κινούνται σε ηλεκτρικό πεδίο με ουδέτερα μόρια αερίου συμβαίνουν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συγκρούσεις ελαστικών σφαιρών. Σε κάθε σύγκρουση, το κινούμενο σωματίδιο μεταφέρει μέρος της κινητικής του ενέργειας στο σωματίδιο ηρεμίας, και τα δύο σωματίδια πετούν χώρια μετά τη σύγκρουση, αλλά δεν συμβαίνουν εσωτερικές αλλαγές σε αυτά. Ωστόσο, εάν η ένταση του πεδίου είναι επαρκής, η κινητική ενέργεια που συσσωρεύεται από το ιόν στο διάστημα μεταξύ δύο συγκρούσεων μπορεί να γίνει αρκετή για να ιονίσει το ουδέτερο μόριο κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα νέο αρνητικό ηλεκτρόνιο και ένα θετικά φορτισμένο υπόλειμμα, ένα ιόν. Μια τέτοια διαδικασία ιονισμού ονομάζεται ιοντισμός κρούσης και το έργο που πρέπει να δαπανηθεί για να παραχθεί μια αποκόλληση ηλεκτρονίων από ένα άτομο ονομάζεται έργο ιονισμού. Το έργο του ιονισμού εξαρτάται από τη δομή του ατόμου και επομένως είναι διαφορετικό για διαφορετικά αέρια.

Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που σχηματίζονται υπό την επίδραση του ιονισμού κρούσης αυξάνουν τον αριθμό των φορτίων στο αέριο και με τη σειρά τους τίθενται σε κίνηση υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου και μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό κρούσης νέων ατόμων. Έτσι, αυτή η διαδικασία «ενισχύεται» και ο ιονισμός στο αέριο φτάνει γρήγορα σε πολύ μεγάλη τιμή. Το όλο φαινόμενο είναι αρκετά ανάλογο με μια χιονοστιβάδα στα βουνά, για την προέλευση της οποίας αρκεί ένα ασήμαντο κομμάτι χιονιού. Επομένως, η περιγραφόμενη διαδικασία ονομάστηκε χιονοστιβάδα ιόντων (Εικ. 153 και 154). Ο σχηματισμός μιας χιονοστιβάδας ιόντων είναι η διαδικασία διάσπασης του σπινθήρα και η ελάχιστη τάση στην οποία εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων είναι η τάση διάσπασης. Βλέπουμε ότι σε περίπτωση διάσπασης σπινθήρα, η αιτία του ιονισμού αερίου είναι η καταστροφή ατόμων και μορίων σε συγκρούσεις με ιόντα (ιοντισμός κρούσης).

Ρύζι. 153. Ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο 1, όταν συγκρούεται με ένα ουδέτερο μόριο, το χωρίζει σε ένα ηλεκτρόνιο 2 και ένα ελεύθερο θετικό ιόν. Τα ηλεκτρόνια 1 και 2, σε περαιτέρω σύγκρουση με ουδέτερα μόρια, τα χωρίζουν και πάλι σε ηλεκτρόνια 3 και 4 και ελεύθερα θετικά ιόντα κ.λπ.

Ρύζι. 154. Πολλαπλασιασμός θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων που μοιάζει με χιονοστιβάδα στη σύγκρουση θετικών ιόντων με ουδέτερα μόρια

93.1. Είναι γνωστό ότι όσο χαμηλότερη είναι η πίεση του αερίου (σε σταθερή θερμοκρασία), τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ατόμων που περιέχονται σε μια μονάδα όγκου του αερίου και τόσο περισσότερο τα άτομα της διαδρομής πετούν ελεύθερα μεταξύ δύο διαδοχικών συγκρούσεων. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, σκεφτείτε πώς θα αλλάξει (αυξάνεται ή μειώνεται) η τάση διάσπασης του διακένου αερίου με μείωση της πίεσης του αερίου.

7. Εκκένωση σπινθήρα

Η εκφόρτιση σπινθήρα, σε αντίθεση με άλλους τύπους εκφόρτισης, είναι διακοπτόμενη ακόμη και όταν χρησιμοποιείται πηγή σταθερής τάσης. Στην εμφάνιση, η εκκένωση σπινθήρα είναι μια δέσμη από φωτεινές λωρίδες ζιγκ-ζαγκ, που αντικαθιστούν συνεχώς η μία την άλλη. Φωτεινές λωρίδες - κανάλια σπινθήρα - διαδίδονται και από τα δύο ηλεκτρόδια. Το κενό εκφόρτισης στην περίπτωση ενός σπινθήρα είναι ανομοιογενές· επομένως, μια ποσοτική μελέτη των διεργασιών σε μια εκκένωση σπινθήρα είναι δύσκολη. Μία από τις κύριες μεθόδους για τη μελέτη μιας εκκένωσης σπινθήρα είναι η φωτογραφία.

Το δυναμικό ανάφλεξης της εκκένωσης σπινθήρα είναι πολύ υψηλό. Ωστόσο, όταν το κενό έχει ήδη σπάσει, η αντίστασή του μειώνεται απότομα και ένα σημαντικό ρεύμα περνά μέσα από το διάκενο. Εάν η ισχύς της πηγής είναι χαμηλή, τότε η εκφόρτιση σβήνει. Μετά από αυτό, η τάση στο διάκενο εκφόρτισης αυξάνεται ξανά και η εκφόρτιση μπορεί και πάλι να αναφλεγεί. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ταλαντώσεις χαλάρωσης της εκκένωσης. Εάν το διάκενο εκφόρτισης έχει μεγάλη χωρητικότητα, τα κανάλια σπινθήρα λάμπουν έντονα και δίνουν την εντύπωση ευρειών ζωνών. Αυτή είναι μια συμπυκνωμένη εκκένωση σπινθήρα.

Εάν υπάρχει κάποιο εμπόδιο μεταξύ των ηλεκτροδίων, τότε ο σπινθήρας το διαπερνά, σχηματίζοντας μια περισσότερο ή λιγότερο στενή τρύπα. Έχει βρεθεί ότι η θερμοκρασία του αερίου στο κανάλι σπινθήρα μπορεί να αυξηθεί σε πολύ υψηλές τιμές (10.000–12.000 K). Ο σχηματισμός περιοχών υψηλής πίεσης και η κίνησή τους στο αέριο έχουν εκρηκτικό χαρακτήρα και συνοδεύονται από ηχητικά εφέ. Αυτό μπορεί να είναι ένα ελαφρύ κροτάλισμα (με ελαφρές υπερπιέσεις) ή βροντή.

Ένας ειδικός τύπος εκκένωσης σπινθήρα είναι μια ολισθαίνουσα εκκένωση που συμβαίνει κατά μήκος της διεπαφής κάποιου στερεού διηλεκτρικού και αερίου γύρω από ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο (σημείο) που αγγίζει αυτή την επιφάνεια. Εάν μια φωτογραφική πλάκα χρησιμοποιείται ως διηλεκτρικό, τότε αυτή η εικόνα μπορεί να γίνει ορατή στο μάτι. Τα περιγράμματα που λαμβάνονται μέσω μιας εκκένωσης σπινθήρα στην επιφάνεια ενός διηλεκτρικού ονομάζονται σχήματα Lichtenberg. Οι αριθμοί του Lichtenberg μπορούν να χρησιμεύσουν για τον προσδιορισμό της πολικότητας της εκφόρτισης και για τον προσδιορισμό της υψηλής τάσης, καθώς η μέγιστη τάση του παλμού εκφόρτισης είναι ευθέως ανάλογη με την ακτίνα της επιφάνειας που καταλαμβάνει το σχήμα. Σε αυτήν την αρχή βασίζονται τα όργανα μέτρησης πολύ υψηλών τάσεων - κλινοδογράφοι. Εάν η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι μικρή, τότε η εκκένωση σπινθήρα συνοδεύεται από καταστροφή της ανόδου - διάβρωση. Αυτό το εφέ χρησιμοποιείται για σημειακή συγκόλληση και κοπή μετάλλων.

Με βάση τις πολυάριθμες παρατηρήσεις μιας εκκένωσης σπινθήρα το 1940, ο Meek και, ανεξάρτητα από αυτόν, ο Reter πρότειναν μια θεωρία εκκένωσης σπινθήρα, η οποία ονομάστηκε θεωρία streamer. Ένα streamer είναι μια εξαιρετικά ιονισμένη περιοχή αερίου που διαδίδεται προς την κάθοδο (θετικό streamer) ή προς την άνοδο (αρνητικό streamer). Η θεωρία του streamer είναι μια θεωρία κατάρρευσης μιας χιονοστιβάδας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων περνά ανάμεσα στα ηλεκτρόδια. Αφού περάσουν από τη χιονοστιβάδα, τα ηλεκτρόνια φτάνουν στην άνοδο και τα θετικά ιόντα, που έχουν πολύ χαμηλότερες ταχύτητες, σχηματίζουν έναν ιονισμένο χώρο σε σχήμα κώνου. Η πυκνότητα των ιόντων σε αυτόν τον χώρο είναι ανεπαρκής για διάσπαση. Ωστόσο, υπό τη δράση των φωτοηλεκτρονίων, προκύπτουν πρόσθετες χιονοστιβάδες. Αυτές οι χιονοστιβάδες θα κινηθούν προς τον κορμό της κύριας χιονοστιβάδας εάν το πεδίο φόρτισης χώρου είναι ανάλογο με την εφαρμοζόμενη τάση. Έτσι, η διαστημική φόρτιση αυξάνεται συνεχώς και η διαδικασία αναπτύσσεται ως αυτοδιαδιδόμενο streamer. Όταν η τάση που εφαρμόζεται στο διάκενο εκφόρτισης υπερβαίνει την ελάχιστη τιμή διάσπασης, το πεδίο φόρτισης χώρου που σχηματίζεται από τη χιονοστιβάδα θα είναι συγκρίσιμο με το μέγεθος του εξωτερικού πεδίου ακόμη και πριν η χιονοστιβάδα φτάσει στην άνοδο. Σε αυτή την περίπτωση, οι streamers εμφανίζονται στη μέση του κενού. Έτσι, για την εμφάνιση ενός streamer πρέπει να πληρούνται δύο βασικές προϋποθέσεις: 1) το πεδίο χιονοστιβάδας και το πεδίο που δημιουργείται από την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια πρέπει να είναι σε μια ορισμένη αναλογία και 2) το μέτωπο χιονοστιβάδας πρέπει να εκπέμπει επαρκή αριθμό φωτονίων για τη διατήρηση και ανάπτυξη του streamer.

Με μια πηγή υψηλής ισχύος, η εκκένωση σπινθήρα μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου. Ο κεραυνός ανήκει επίσης στις εκκενώσεις σπινθήρων. Σε αυτή την περίπτωση, το ένα ηλεκτρόδιο είναι το νέφος και το άλλο η γείωση. Η τάση στον κεραυνό φτάνει τα εκατομμύρια βολτ και το ρεύμα φτάνει τα εκατοντάδες κιλοαμπέρ. Το φορτίο που μεταφέρει ο κεραυνός είναι συνήθως 10-30 κουλόμπ, και σε ορισμένες περιπτώσεις φτάνει τα 300 κουλόμπ.

εκκένωση σπινθήρα

εκκένωση σπινθήρα(ηλεκτρικός σπινθήρας) - μη στάσιμη μορφή ηλεκτρικής εκκένωσης που εμφανίζεται στα αέρια. Μια τέτοια εκφόρτιση εμφανίζεται συνήθως σε πιέσεις της τάξης της ατμοσφαιρικής και συνοδεύεται από ένα χαρακτηριστικό ηχητικό εφέ - το "κρακ" ενός σπινθήρα. Η θερμοκρασία στο κύριο κανάλι της εκκένωσης σπινθήρα μπορεί να φτάσει τις 10.000. Στη φύση, οι εκκενώσεις σπινθήρων εμφανίζονται συχνά με τη μορφή κεραυνού. Η απόσταση που «τρυπάει» ένας σπινθήρας στον αέρα εξαρτάται από την τάση και θεωρείται ότι είναι 10 kV ανά 1 εκατοστό.

Οροι

Η εκκένωση σπινθήρα συνήθως συμβαίνει εάν η πηγή ενέργειας δεν είναι αρκετά ισχυρή για να διατηρήσει ένα ακίνητο τόξο ή εκκένωση λάμψης. Σε αυτή την περίπτωση, ταυτόχρονα με μια απότομη αύξηση του ρεύματος εκφόρτισης, η τάση στο διάκενο εκφόρτισης για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα (από αρκετά μικροδευτερόλεπτα έως αρκετές εκατοντάδες μικροδευτερόλεπτα) πέφτει κάτω από την τάση της εξάλειψης της εκφόρτισης σπινθήρα, γεγονός που οδηγεί σε τον τερματισμό της αποβολής. Στη συνέχεια, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων αυξάνεται ξανά, φτάνει στην τάση ανάφλεξης και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Σε άλλες περιπτώσεις, όταν η ισχύς της πηγής ενέργειας είναι αρκετά μεγάλη, παρατηρείται επίσης ολόκληρο το σύνολο των χαρακτηριστικών φαινομένων αυτής της εκφόρτισης, αλλά είναι μόνο μια παροδική διαδικασία που οδηγεί στην εγκατάσταση μιας εκκένωσης διαφορετικού τύπου - πιο συχνά τόξου . Εάν η πηγή ρεύματος δεν είναι σε θέση να διατηρήσει μια αυτοσυντηρούμενη ηλεκτρική εκφόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε παρατηρείται μια μορφή αυτοεκφόρτισης, που ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα.

Φύση

Μια εκκένωση σπινθήρα είναι μια δέσμη φωτεινών, που εξαφανίζονται ή αντικαθιστούν η μία την άλλη νηματοειδείς, συχνά πολύ διακλαδισμένες ταινίες - κανάλια σπινθήρα. Αυτά τα κανάλια γεμίζουν με πλάσμα, το οποίο σε μια ισχυρή εκκένωση σπινθήρα περιλαμβάνει όχι μόνο ιόντα του αερίου πηγής, αλλά και ιόντα της ουσίας του ηλεκτροδίου, η οποία εξατμίζεται εντατικά υπό τη δράση της εκκένωσης. Ο μηχανισμός σχηματισμού καναλιών σπινθήρα (και, κατά συνέπεια, η εμφάνιση εκκένωσης σπινθήρα) εξηγείται από τη θεωρία του streamer της ηλεκτρικής διάσπασης των αερίων. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων που προκύπτουν στο ηλεκτρικό πεδίο του διακένου εκκένωσης, σχηματίζονται σερπαντίνες υπό ορισμένες συνθήκες - αμυδρά λαμπερά λεπτά διακλαδισμένα κανάλια που περιέχουν άτομα ιονισμένου αερίου και ελεύθερα ηλεκτρόνια που διασπώνται από αυτά. Μεταξύ αυτών, μπορεί κανείς να ξεχωρίσει τα λεγόμενα. ηγέτης - μια ασθενώς φωτεινή εκκένωση, "ανοίγοντας" το δρόμο για την κύρια εκκένωση. Μετακινούμενος από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, καλύπτει το διάκενο εκφόρτισης και συνδέει τα ηλεκτρόδια με ένα συνεχές αγώγιμο κανάλι. Στη συνέχεια, προς την αντίθετη κατεύθυνση κατά μήκος της στρωμένης διαδρομής, περνά η κύρια εκκένωση, συνοδευόμενη από απότομη αύξηση της ισχύος του ρεύματος και της ποσότητας ενέργειας που απελευθερώνεται σε αυτά. Κάθε κανάλι διαστέλλεται γρήγορα, με αποτέλεσμα ένα ωστικό κύμα στα όριά του. Ο συνδυασμός κρουστικών κυμάτων από διαστελλόμενα κανάλια σπινθήρα παράγει έναν ήχο που γίνεται αντιληπτός ως «κράξιμο» σπινθήρα (στην περίπτωση κεραυνού - βροντής).

Η τάση ανάφλεξης της εκκένωσης σπινθήρα είναι συνήθως αρκετά υψηλή. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στον σπινθήρα πέφτει από μερικές δεκάδες κιλοβολτ ανά εκατοστό (kv/cm) τη στιγμή της διάσπασης σε ~ 100 βολτ ανά εκατοστό (v/cm) μετά από μερικά μικροδευτερόλεπτα. Το μέγιστο ρεύμα σε μια ισχυρή εκκένωση σπινθήρα μπορεί να φτάσει τιμές της τάξης των πολλών εκατοντάδων χιλιάδων αμπέρ.

Ένα ειδικό είδος εκκένωσης σπινθήρα - συρόμενη εκκένωση σπινθήρα, που προκύπτει κατά μήκος της διεπαφής μεταξύ του αερίου και ενός στερεού διηλεκτρικού που τοποθετείται μεταξύ των ηλεκτροδίων, υπό την προϋπόθεση ότι η ένταση του πεδίου υπερβαίνει την ισχύ διάσπασης του αέρα. Οι περιοχές μιας ολισθαίνουσας εκκένωσης σπινθήρα, στις οποίες κυριαρχούν τα φορτία ενός σημείου, προκαλούν φορτία διαφορετικής πινακίδας στην επιφάνεια του διηλεκτρικού, με αποτέλεσμα κανάλια σπινθήρα να έρπουν κατά μήκος της επιφάνειας του διηλεκτρικού, σχηματίζοντας τα λεγόμενα σχήματα Lichtenberg . Διεργασίες παρόμοιες με αυτές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης σπινθήρα είναι επίσης χαρακτηριστικές μιας εκκένωσης βούρτσας, η οποία είναι ένα μεταβατικό στάδιο μεταξύ ενός κορώνα και της εκκένωσης σπινθήρα.

Η συμπεριφορά της εκκένωσης σπινθήρα μπορεί να φανεί πολύ καλά στη λήψη αργής κίνησης των εκκενώσεων (Fpulse = 500 Hz, U = 400 kV) που λαμβάνονται από τον μετασχηματιστή Tesla. Το μέσο ρεύμα και η διάρκεια των παλμών δεν επαρκούν για την ανάφλεξη του τόξου, αλλά είναι αρκετά κατάλληλο για το σχηματισμό ενός φωτεινού καναλιού σπινθήρα.

Σημειώσεις

Πηγές

• A. A. Vorobyov, Τεχνική υψηλής τάσης. - Μόσχα-Λένινγκραντ, GosEnergoIzdat, 1945.
• Φυσική Εγκυκλοπαίδεια, τ.2 - Μ.: Μεγάλη Ρωσική Εγκυκλοπαίδεια σελ.218.
• Reiser Yu.P.Φυσική της εκκένωσης αερίου. - 2η έκδ. - Μ .: Nauka, 1992. - 536 σελ. - ISBN 5-02014615-3

δείτε επίσης

Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .

Δείτε τι είναι το "Spark Discharge" σε άλλα λεξικά:

- (σπινθήρας), ασταθής ηλεκτρ. μια εκφόρτιση που συμβαίνει όταν, αμέσως μετά την κατάρρευση του διακένου εκφόρτισης, η τάση σε αυτό πέσει για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα (από μερικά κλάσματα μικροδευτερόλεπτα σε εκατοντάδες μικροδευτερόλεπτα) κάτω από την τιμή τάσης ... ... Φυσική Εγκυκλοπαίδεια

εκκένωση σπινθήρα- Ηλεκτρική παλμική εκκένωση με τη μορφή φωτεινού νήματος, που εμφανίζεται σε υψηλή πίεση αερίου και χαρακτηρίζεται από υψηλή ένταση των φασματικών γραμμών ιονισμένων ατόμων ή μορίων. [GOST 13820 77] εκκένωση σπινθήρα Πλήρης εκφόρτιση σε ... ... Εγχειρίδιο Τεχνικού Μεταφραστή

- (ηλεκτρικός σπινθήρας) μια μη ακίνητη ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο που εμφανίζεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο σε πίεση αερίου έως πολλές ατμόσφαιρες. Διακρίνεται από τυλιγμένο διακλαδισμένο σχήμα και ταχεία ανάπτυξη (περίπου 10 7 s). Η θερμοκρασία στο κεντρικό κανάλι... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

εκκένωση σπινθήρα- (σπινθήρα) ηλεκτρική παλμική εκκένωση με τη μορφή φωτεινού νήματος, που διέρχεται σε υψηλή πίεση αερίου και χαρακτηρίζεται από υψηλή ένταση των φασματικών γραμμών ιονισμένων ατόμων και μορίων ... Ρωσική εγκυκλοπαίδεια για την προστασία της εργασίας

εκκένωση σπινθήρα- 3.19 Πλήρης εκφόρτιση εκκένωσης σπινθήρα σε αέριο ή υγρό διηλεκτρικό. Πηγή… Λεξικό-βιβλίο αναφοράς όρων κανονιστικής και τεχνικής τεκμηρίωσης

- (ηλεκτρικός σπινθήρας), μια μη στάσιμη ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο που εμφανίζεται σε ηλεκτρικό πεδίο σε πίεση αερίου έως και πολλών ατμοσφαιρών. Διακρίνεται από τυλιγμένο διακλαδισμένο σχήμα και ταχεία ανάπτυξη (περίπου 10-7 δευτερόλεπτα). Η θερμοκρασία στο κύριο ... ... εγκυκλοπαιδικό λεξικό

εκκένωση σπινθήρα- kibirkštinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: αγγλ. εκφόρτιση σπινθήρας vok. Funkenentladung, f; Funkentladung, f rus. εκκένωση σπινθήρα, m pranc. décharge par étincelles, f … Fizikos terminų žodynas

Σπινθήρας, μία από τις μορφές ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέρια. εμφανίζεται συνήθως σε πιέσεις της τάξης της ατμοσφαιρικής πίεσης και συνοδεύεται από ένα χαρακτηριστικό ηχητικό αποτέλεσμα μιας «κρακ» ενός σπινθήρα. Υπό φυσικές συνθήκες, I. p. πιο συχνά παρατηρείται με τη μορφή κεραυνού ... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

Ηλεκτρικός σπινθήρας, μη στάσιμη ηλεκτρική εκκένωση σε αέριο που εμφανίζεται σε ηλεκτρικό. πεδίο σε πίεση αερίου έως και αρκετές. εκατοντάδες kPa. Διακρίνεται από ένα κωνικό διακλαδισμένο σχήμα και την ταχεία ανάπτυξη (περίπου 10 7 δευτ.), που συνοδεύεται από έναν χαρακτηριστικό ήχο ... ... Μεγάλο εγκυκλοπαιδικό πολυτεχνικό λεξικό

- (ηλεκτρικός σπινθήρας), μη ακίνητος ηλεκτρικός. μια εκκένωση σε ένα αέριο που εμφανίζεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο σε πίεση αερίου έως και αρκετές. ΑΤΜ. Διακρίνεται από τυλιγμένο διακλαδισμένο σχήμα και ταχεία ανάπτυξη (περ. 10 7s). Τέμπο πα στο κεφ. κανάλι I. r. φτάνει τα 10.000 K... Φυσικές Επιστήμες. εγκυκλοπαιδικό λεξικό

Ανάλογα με την πίεση του αερίου, τη διαμόρφωση των ηλεκτροδίων και τις παραμέτρους του εξωτερικού κυκλώματος, υπάρχουν τέσσερις τύποι αυτοσυντηρούμενων εκκενώσεων:

• εκκένωση λάμψης?
• εκκένωση σπινθήρα?
• εκκένωση τόξου?
• κατάταξη κορώνα.

1. εκκένωση λάμψης εμφανίζεται σε χαμηλές πιέσεις. Μπορεί να παρατηρηθεί σε γυάλινο σωλήνα με επίπεδα μεταλλικά ηλεκτρόδια συγκολλημένα στα άκρα (Εικ. 8.5). Κοντά στην κάθοδο υπάρχει ένα λεπτό φωτεινό στρώμα που ονομάζεται καθοδικό φωτεινό φιλμ 2.

Μεταξύ της καθόδου και της ταινίας είναι άστον σκοτεινός χώρος 1. Στα δεξιά της φωτεινής μεμβράνης τοποθετείται ένα ασθενώς φωτεινό στρώμα, που ονομάζεται σκοτεινός χώρος καθόδου 3. Αυτό το στρώμα περνά σε μια φωτεινή περιοχή, η οποία ονομάζεται λάμψη που σιγοκαίει 4, ένα σκοτεινό κενό συνορεύει με τον χώρο που σιγοκαίει - σκοτεινός χώρος Faraday 5. Όλα τα αναφερόμενα επίπεδα σχηματίζονται μέρος καθόδουεκκένωση λάμψης. Ο υπόλοιπος σωλήνας είναι γεμάτος με λαμπερό αέριο. Αυτό το μέρος ονομάζεται θετικός πυλώνας 6.

Καθώς η πίεση μειώνεται, το τμήμα της καθόδου της εκκένωσης και ο σκοτεινός χώρος Faraday αυξάνονται και η θετική στήλη βραχύνεται.

Οι μετρήσεις έδειξαν ότι σχεδόν όλες οι πιθανές πτώσεις συμβαίνουν στα τρία πρώτα τμήματα της εκκένωσης (σκοτεινός χώρος Aston, φωτεινό φιλμ καθόδου και σκοτεινό σημείο καθόδου). Αυτό το τμήμα της τάσης που εφαρμόζεται στον σωλήνα ονομάζεται πτώση του καθοδικού δυναμικού.

Στη λάμψη που σιγοκαίει, το δυναμικό δεν αλλάζει - εδώ η ένταση του πεδίου είναι μηδέν. Τέλος, στο σκοτεινό χώρο Faraday και στη θετική στήλη, το δυναμικό αυξάνεται αργά.

Αυτή η κατανομή δυναμικού προκαλείται από το σχηματισμό θετικού φορτίου χώρου στον σκοτεινό χώρο της καθόδου, λόγω της αυξημένης συγκέντρωσης θετικών ιόντων.

Τα θετικά ιόντα, που επιταχύνονται από την πτώση του καθοδικού δυναμικού, βομβαρδίζουν την κάθοδο και βγάζουν ηλεκτρόνια έξω από αυτήν. Στον σκοτεινό χώρο των αστώνων, αυτά τα ηλεκτρόνια, που πέταξαν χωρίς συγκρούσεις στην περιοχή του σκοτεινού χώρου της καθόδου, έχουν υψηλή ενέργεια, με αποτέλεσμα να ιονίζουν συχνότερα τα μόρια παρά να τα διεγείρουν. Εκείνοι. η ένταση της λάμψης του αερίου μειώνεται, αλλά σχηματίζονται πολλά ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα. Τα ιόντα που σχηματίζονται στην αρχή έχουν πολύ χαμηλή ταχύτητα και επομένως δημιουργείται θετικό φορτίο χώρου στο σκοτεινό χώρο της καθόδου, το οποίο οδηγεί σε ανακατανομή του δυναμικού κατά μήκος του σωλήνα και στην εμφάνιση πτώσης καθοδικού δυναμικού.

Τα ηλεκτρόνια που έχουν προκύψει στο σκοτεινό χώρο της καθόδου διεισδύουν στη λαμπερή περιοχή, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλή συγκέντρωση ηλεκτρονίων και θετικών ιόντων με καθαρό διαστημικό φορτίο κοντά στο μηδέν (πλάσμα). Επομένως, η ένταση του πεδίου εδώ είναι πολύ μικρή. Στην περιοχή της λάμψης που σιγοκαίει, λαμβάνει χώρα μια έντονη διαδικασία ανασυνδυασμού, που συνοδεύεται από την εκπομπή της ενέργειας που απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία. Έτσι, η λάμψη που σιγοκαίει είναι βασικά η λάμψη του ανασυνδυασμού.

Ηλεκτρόνια και ιόντα διεισδύουν από τη λάμψη που σιγοκαίει στον σκοτεινό χώρο του Faraday λόγω της διάχυσης. Η πιθανότητα ανασυνδυασμού μειώνεται σημαντικά εδώ, αφού η συγκέντρωση των φορτισμένων σωματιδίων είναι χαμηλή. Επομένως, υπάρχει ένα πεδίο στο σκοτεινό χώρο Faraday. Τα ηλεκτρόνια που παρασύρονται από αυτό το πεδίο συσσωρεύουν ενέργεια και συχνά τελικά προκύπτουν οι απαραίτητες συνθήκες για την ύπαρξη ενός πλάσματος. Η θετική στήλη είναι ένα πλάσμα εκκένωσης αερίου. Λειτουργεί ως αγωγός που συνδέει την άνοδο με τα μέρη της καθόδου της εκκένωσης. Η λάμψη της θετικής στήλης προκαλείται κυρίως από τις μεταβάσεις των διεγερμένων μορίων στη βασική κατάσταση.

2. εκκένωση σπινθήρα εμφανίζεται σε ένα αέριο συνήθως σε πιέσεις της τάξης της ατμοσφαιρικής πίεσης. Χαρακτηρίζεται από ασυνεχές σχήμα. Στην εμφάνιση, η εκκένωση σπινθήρα είναι μια δέσμη από φωτεινές ζιγκ-ζαγκ διακλαδισμένες λεπτές λωρίδες, που διαπερνούν αμέσως το κενό εκκένωσης, ξεθωριάζουν γρήγορα και αντικαθιστούν συνεχώς η μία την άλλη (Εικ. 8.6). Αυτές οι ρίγες ονομάζονται κανάλια σπινθήρα.

Ταέριο = 10.000 Κ ~ 40 cm Εγώ= 100 kA t= 10 –4 s μεγάλο~ 10 χλμ

Αφού το διάκενο εκφόρτισης «τρυπηθεί» από το κανάλι σπινθήρα, η αντίστασή του γίνεται μικρή, ένας βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος υψηλής ισχύος διέρχεται από το κανάλι, κατά τον οποίο μόνο μια μικρή τάση πέφτει στο διάκενο εκφόρτισης. Εάν η ισχύς της πηγής δεν είναι πολύ υψηλή, τότε μετά από αυτόν τον παλμό ρεύματος η εκφόρτιση σταματά. Η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων αρχίζει να αυξάνεται στην προηγούμενη τιμή και η διάσπαση του αερίου επαναλαμβάνεται με το σχηματισμό ενός νέου καναλιού σπινθήρα.

Υπό φυσικές συνθήκες, παρατηρείται εκκένωση σπινθήρα με τη μορφή κεραυνού. Το σχήμα 8.7 δείχνει παράδειγμα εκκένωσης σπινθήρα - κεραυνού, με διάρκεια 0,2 ÷ 0,3 με ένταση ρεύματος 10 4 - 10 5 A, μήκος 20 km (Εικ. 8.7).



3. εκκένωση τόξου . Εάν, μετά τη λήψη μιας εκκένωσης σπινθήρα από μια ισχυρή πηγή, η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων μειώνεται σταδιακά, τότε η εκκένωση από διαλείπουσα γίνεται συνεχής, προκύπτει μια νέα μορφή εκκένωσης αερίου, που ονομάζεται εκκένωση τόξου(Εικ. 8.8).

~ 10 3 Α
Ρύζι. 8.8

Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα αυξάνεται απότομα, φτάνοντας σε δεκάδες και εκατοντάδες αμπέρ, και η τάση στο διάκενο εκφόρτισης πέφτει σε αρκετές δεκάδες βολτ. Σύμφωνα με τον V.F. Litkevich (1872 - 1951), η εκκένωση τόξου διατηρείται κυρίως λόγω της θερμιονικής εκπομπής από την επιφάνεια της καθόδου. Στην πράξη, πρόκειται για συγκόλληση, ισχυρούς φούρνους τόξου.

4. έκκριση κορώνας (Εικ. 8.9) προκύπτει σε ένα ισχυρό ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο σε σχετικά υψηλές πιέσεις αερίου (της τάξης της ατμοσφαιρικής). Ένα τέτοιο πεδίο μπορεί να ληφθεί μεταξύ δύο ηλεκτροδίων, η επιφάνεια ενός εκ των οποίων έχει μεγάλη καμπυλότητα (λεπτό σύρμα, άκρη).

Η παρουσία ενός δεύτερου ηλεκτροδίου είναι προαιρετική, αλλά τα πλησιέστερα, γύρω γειωμένα μεταλλικά αντικείμενα μπορούν να παίξουν το ρόλο του. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο κοντά σε ένα ηλεκτρόδιο με μεγάλη καμπυλότητα φτάσει περίπου τα 3∙10 6 V / m, εμφανίζεται γύρω του μια λάμψη, η οποία έχει τη μορφή κελύφους ή κορώνας, από την οποία προήλθε το όνομα του φορτίου.

Εκκένωση σπινθήρα.

Εάν ένα ηλεκτρικό πεδίο με ισχύ περίπου 3 10 V / m εμφανίζεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων στον αέρα, τότε εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας με τη μορφή ενός λαμπερού πολύπλοκου καμπυλωμένου λεπτού καναλιού που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια (Εικ. 4.8).

Ένα παράδειγμα εκκένωσης σπινθήρα είναι ο κεραυνός. Τα χαρακτηριστικά μιας τέτοιας εκκένωσης εξηγούνται από τη θεωρία των streamers. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, της εμφάνισης ενός φωτεινού καναλιού ενός σπινθήρα προηγείται η εμφάνιση χωριστών, ασθενώς φωτεινών συστάδων ιονισμένων σωματιδίων. Στο κενό μεταξύ των ηλεκτροδίων, αυτές οι συστάδες - σερπαντίνες σχηματίζουν αγώγιμες γέφυρες, κατά μήκος των οποίων ορμάει στη συνέχεια ένα ισχυρό ρεύμα ηλεκτρονίων. Ο λόγος για την εμφάνιση των streamers είναι τόσο ο σχηματισμός χιονοστιβάδων ηλεκτρονίων όσο και ο φωτοϊοντισμός, δηλ. ιονισμός αερίου από ακτινοβολία που προκύπτει κατά την εκκένωση. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δευτερεύουσες χιονοστιβάδες, οι οποίες προσπερνούν η μία την άλλη, σχηματίζοντας ένα καλά αγώγιμο κανάλι. Έτσι, η ισχύς ρεύματος στο κανάλι κεραυνού μπορεί να είναι από 10 έως 10 A και η τάση μεταξύ του νέφους και του εδάφους πριν από την εμφάνιση του κεραυνού φτάνει τα 10-10 V.

Η κινηματογράφηση με κάμερα με περιστρεφόμενο φακό έδειξε ότι ο κεραυνός προηγείται από την ανάπτυξη ενός ασθενώς φωτεινού καναλιού - του ηγέτη, που διαδίδεται από το σύννεφο στο έδαφος με ταχύτητα 10 - 10 m/s. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια ισχυρή θέρμανση του αέρα στο κύριο κανάλι και εμφανίζεται ένα ωστικό ηχητικό κύμα - βροντή.

Στη βιομηχανία, χρησιμοποιείται η επεξεργασία μετάλλων με ηλεκτροσπινθήρα - επιφανειακή σκλήρυνση και διάτρηση.

Έκκριση κορωνοϊού.

Εάν το ένα ηλεκτρόδιο είναι λεπτό (σύρμα), και το άλλο έχει μεγάλη επιφάνεια (κύλινδρος) (Εικ. 4.9), τότε προκύπτει ένα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο. Στο σύρμα, οι γραμμές δύναμης πυκνώνουν και σε ένταση πεδίου 3 10 V/m, εμφανίζονται χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων και μια λάμψη κοντά στο σύρμα με τη μορφή κορώνας.

Με την απόσταση από το σύρμα, η ένταση του πεδίου μειώνεται και οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων διακόπτονται.

Η εκφόρτιση κορώνας συμβαίνει σε αρνητικό δυναμικό στο καλώδιο, σε θετική και σε εναλλασσόμενη τάση μεταξύ του καλωδίου και του κυλίνδρου. Αλλάζει μόνο η κατεύθυνση των χιονοστιβάδων.

Τα ηλεκτρόνια που πετούν έξω από το στέμμα συνδέονται με ουδέτερα άτομα, φορτίζοντας τα αρνητικά. Χρησιμοποιείται σε ηλεκτροστατικά φίλτρα για τον καθαρισμό βιομηχανικών αερίων. Το αέριο με τη σκόνη διέρχεται μέσω ενός συστήματος ηλεκτροδίων με σύρμα-κύλινδρο. Η σκόνη φορτίζεται κολλώντας ηλεκτρόνια και έλκεται στον κύλινδρο, στη συνέχεια τινάζεται στη χοάνη και αέριο χωρίς σκόνη απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.

Η εκκένωση κορώνας μπορεί να συμβεί κοντά σε οποιουσδήποτε λεπτούς αγωγούς, σημεία. Τέτοια απόρριψη παρατηρήθηκε την περίοδο πριν από την καταιγίδα στις κορυφές των ιστών των πλοίων και των δέντρων. Μπορείτε να παρατηρήσετε την ανάφλεξη της κορώνας κοντά σε καλώδια που βρίσκονται υπό υψηλή τάση. Για να αποφευχθεί η εκκένωση κορώνας και τα ρεύματα διαρροής, οι αγωγοί πρέπει να έχουν αρκετά μεγάλη διάμετρο.

Εκκένωση τόξου.

Η εκκένωση τόξου ανακαλύφθηκε το 1802 από τον καθηγητή φυσικής V. Petrov. Έλαβε μια εκκένωση με τη μορφή ενός φωτεινού τόξου, που σπρώχνει δύο ηλεκτρόδια άνθρακα, που προηγουμένως είχαν έρθει σε επαφή και είχαν συνδεθεί σε μια ισχυρή μπαταρία γαλβανικών στοιχείων. Στο σημείο επαφής, η αντίσταση του κυκλώματος είναι υψηλή και εμφανίζεται ισχυρή θέρμανση, τα κάρβουνα θερμαίνονται. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται θερμιονική εκπομπή από την κάθοδο. Τα ηλεκτρόνια βομβαρδίζουν την άνοδο, σχηματίζοντας μια εσοχή σε αυτήν - έναν κρατήρα. Η θερμοκρασία της ανόδου είναι περίπου 4000 K, στις 20 atm μπορεί να ανέλθει στα 7000 K. Η ισχύς του ρεύματος φτάνει δεκάδες και εκατοντάδες αμπέρ και η τάση στο διάκενο εκφόρτισης είναι αρκετές δεκάδες βολτ. Αυτός ο τύπος εκκένωσης τόξου χρησιμοποιείται για συγκόλληση και κοπή μετάλλων.

4. Το πλάσμα είναι ένα εξαιρετικά ιονισμένο αέριο στο οποίο οι συγκεντρώσεις θετικών ιόντων και αρνητικών ηλεκτρονίων είναι σχεδόν ίδιες. Το πλάσμα μπορεί να είναι υψηλής θερμοκρασίας, που λαμβάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες με θερμικό ιονισμό ατόμων, για παράδειγμα, στη θερμοπυρηνική σύντηξη ή στην περιοχή εκκένωσης τόξου. Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας εκκένωσης αερίου προκύπτει σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Το πλάσμα είναι παρόμοιο με τα συνηθισμένα αέρια και υπακούει στους νόμους των αερίων. Ωστόσο, όσον αφορά την ηλεκτρική αγωγιμότητα, προσεγγίζει τα μέταλλα· χαρακτηρίζεται από ισχυρή αλληλεπίδραση με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Η παρουσία κινητών αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων συνοδεύεται από τον ανασυνδυασμό και τη φωταύγεια τους.

Το πλάσμα χρησιμοποιείται σε μαγνητοϋδροδυναμικές (MHD) γεννήτριες ηλεκτρικού ρεύματος. Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε λέιζερ αερίου και τηλεοράσεις πλάσματος.

ΔΙΑΛΕΞΗ 5

Θέμα:Μαγνητικό πεδίο στο κενό και στην ύλη

Ερωτήσεις: 1) Η δράση ενός μαγνητικού πεδίου σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα. Μαγνητικός

επαγωγή.

2) Το μαγνητικό πεδίο ενός αγωγού με ρεύμα. Νόμος Biot-Savart-Laplace.

3) Κύκλωμα με ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο.

4) Εργαστείτε σε μαγνητικό πεδίο.

1. Το 1820, ο Ampere ανακάλυψε την επίδραση του ρεύματος σε μια μαγνητική βελόνα: όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό, η μαγνητική βελόνα που βρίσκεται δίπλα του στρέφεται κάθετα στον αγωγό. Τα πειράματα του Ampere έδειξαν ότι οι αγωγοί με ρεύμα έλκονται μεταξύ τους εάν τα ρεύματα ρέουν σε αυτούς προς μία κατεύθυνση και απωθούνται εάν τα ρεύματα ρέουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Έτσι, διαπιστώθηκε ότι υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τους αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα. Μπορεί να ανιχνευθεί με τη δράση ενός αγωγού που μεταφέρει ρεύμα ή ενός μόνιμου μαγνήτη.

Αφήστε έναν ευθύ αγωγό μήκους μεγάλομε ρεύμα Εγώ(εικ.5.1).

Από τα πειράματα διαπιστώθηκε ότι μια δύναμη ασκεί στον αγωγό από την πλευρά του μαγνητικού πεδίου (δύναμη Ampère)

F= μεγάλοΒ σινα,

όπου α είναι η γωνία μεταξύ του αγωγού και της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου.

Η κατεύθυνση της δύναμης μπορεί να προσδιοριστεί από τον κανόνα του αριστερού χεριού (αν τοποθετηθούν τέσσερα δάχτυλα προς την κατεύθυνση του ρεύματος και οι γραμμές μαγνητικού πεδίου εισέρχονται στην παλάμη, τότε ο λυγισμένος αντίχειρας θα δείξει την κατεύθυνση της δύναμης).

Αν η γωνία α μεταξύ των διανυσματικών κατευθύνσεων ΣΤΟκαι το ρεύμα στον αγωγό είναι διαφορετικό από 90 °, τότε για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση της δύναμης είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε τον κανόνα του gimlet: ένα φανταστικό gimlet βρίσκεται κάθετα στο επίπεδο που περιέχει το διάνυσμα ΣΤΟκαι ένας αγωγός με ρεύμα, τότε η λαβή του περιστρέφεται από την κατεύθυνση του ρεύματος προς την κατεύθυνση του διανύσματος ΣΤΟ. Η μεταφορική κίνηση του χιτώνα θα δείξει την κατεύθυνση της δύναμης. Ο κανόνας του gimlet αναφέρεται συχνά ως ο κανόνας της δεξιάς βίδας.

Η ισχύς του αμπέρ εξαρτάται τόσο από την ένταση του ρεύματος όσο και από το μαγνητικό πεδίο. αξία ΣΤΟονομάζεται μαγνητική επαγωγή και χρησιμεύει ως το κύριο χαρακτηριστικό ισχύος ενός μαγνητικού πεδίου.

Αν βάλουμε I \u003d 1 A, μεγάλο\u003d 1 m, α \u003d 90º, μετά B \u003d F. Από αυτό προκύπτει η φυσική σημασία του B. Η μαγνητική επαγωγή B είναι ένα φυσικό μέγεθος που είναι αριθμητικά ίσο με τη δύναμη με την οποία το μαγνητικό πεδίο ενεργεί σε έναν ευθύ αγωγό του μονάδα μήκους με ρεύμα μοναδιαίας ισχύος, που βρίσκεται κάθετα στις γραμμές δυνάμεως μαγνητικού πεδίου.

Μονάδα μέτρησης μαγνητικής επαγωγής: [B] = N/A m = T (tesla).

Τώρα γίνεται σαφές γιατί δύο αγωγοί που μεταφέρουν ρεύμα έλκονται ή απωθούν: ανάλογα με την κατεύθυνση των ρευμάτων, το μαγνητικό πεδίο του ενός αγωγού σπρώχνει ή τραβά τον άλλο αγωγό που μεταφέρει ρεύμα.

Το μαγνητικό πεδίο απεικονίζεται εύκολα χρησιμοποιώντας γραμμές δύναμης. Η ιδέα τέτοιων γραμμών δίνεται από τη θέση των ρινισμάτων σιδήρου κοντά στους πόλους ενός μόνιμου μαγνήτη.

Η γραμμή μαγνητικής επαγωγής (γραμμή δύναμης) είναι μια τέτοια γραμμή που χαράσσεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, η εφαπτομένη της οποίας σε οποιοδήποτε σημείο συμπίπτει με το διάνυσμα της μαγνητικής επαγωγής σε αυτό το σημείο. Οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής είναι κλειστές και καλύπτουν τον αγωγό με ρεύμα. Το γεγονός ότι οι γραμμές δύναμης δεν έχουν αρχή υποδηλώνει την απουσία μαγνητικών φορτίων.

Η κατεύθυνση των γραμμών πεδίου καθορίζεται από τον κανόνα του αυλακιού: εάν βιδώσετε το στόμιο έτσι ώστε η βίδα να κινείται προς την κατεύθυνση του ρεύματος, τότε η κατεύθυνση κίνησης της λαβής θα συμπίπτει με την κατεύθυνση της γραμμής πεδίου. Η πυκνότητα των γραμμών πεδίου είναι ανάλογη με το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής. Κοντά στον αγωγό με ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο είναι ανομοιόμορφο, όσο πιο κοντά στον αγωγό, τόσο ισχυρότερο είναι το πεδίο και οι γραμμές δύναμης παχύτερες. Ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί μέσα σε ένα μακρύ πηνίο που μεταφέρει ρεύμα.

Όπως φαίνεται από το σχήμα 5.6, το μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου με ρεύμα είναι παρόμοιο με το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη, δηλ. έχει ένα «βόρειο» άκρο N, από το οποίο βγαίνουν οι γραμμές δύναμης, και ένα «νότιο» άκρο S, στο οποίο εισέρχονται οι γραμμές δύναμης. Τα μαγνητικά βέλη ένδειξης είναι προσανατολισμένα προς την κατεύθυνση των εφαπτομένων στις γραμμές επαγωγής.

Ας εισαγάγουμε την έννοια - μαγνητική ροή ή ροή Φ του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής μέσω της θέσης S: Ф =В Scosα, όπου α είναι η γωνία μεταξύ της κανονικής (κάθετης) προς τη θέση και της μαγνητικής επαγωγής ΣΤΟ.

Η μονάδα μέτρησης της ροής του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής [F] \u003d Tl m² \u003d Wb (weber).

Αν το πεδίο είναι ανομοιογενές και η επιφάνεια δεν είναι επίπεδη, τότε χωρίζεται σε απειροελάχιστα στοιχεία dS ώστε κάθε στοιχείο να θεωρείται επίπεδο και το πεδίο ομοιογενές. Η ροή του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής μέσω του επιφανειακού στοιχείου dΦ = ΒdScosα και σε ολόκληρη την επιφάνεια

2. Ως αποτέλεσμα πολλών πειραμάτων από διαφορετικούς επιστήμονες, προέκυψε ο νόμος Biot-Savart-Laplace, ο οποίος σας επιτρέπει να υπολογίσετε τη μαγνητική επαγωγή των πεδίων που δημιουργούνται από αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα.

Τότε το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής σε ένα σημείο απομακρυσμένο από τον αγωγό σε απόσταση r καθορίζεται από τον νόμο Biot-Savart-Laplace, όπως

,

όπου η τιμή μ0 = 4π·10 H/m ονομάζεται μαγνητική σταθερά.

Κατεύθυνση του διανύσματος d ΣΤΟκάθετο στο επίπεδο στο οποίο βρίσκεται το d μεγάλοκαι r. διάνυσμα δ ΣΤΟκατευθύνεται κατά μήκος της εφαπτομένης ξυλικής γραμμής που διασχίζεται από το σημείο του εξεταζόμενου πεδίου, σύμφωνα με τον κανόνα του gimlet.

Για ένα μαγνητικό πεδίο, πληρούται η αρχή της υπέρθεσης: εάν υπάρχουν πολλοί αγωγοί με ρεύμα, τότε η μαγνητική επαγωγή σε οποιοδήποτε σημείο είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των μαγνητικών επαγωγών που δημιουργούνται σε αυτό το σημείο από κάθε αγωγό ξεχωριστά. Η αρχή της υπέρθεσης ισχύει επίσης για τα τρέχοντα στοιχεία. Χρησιμοποιώντας το νόμο Biot-Savart-Laplace και την αρχή της υπέρθεσης μαζί, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της μαγνητικής επαγωγής διαφόρων αγωγών που μεταφέρουν ρεύμα.

Παράδειγμα. Μαγνητικό πεδίο στο κέντρο ενός κυκλικού αγωγού ρεύματος.

Οι μαγνητικές επαγωγές κάθε στοιχείου ρεύματος dl στο κέντρο κατευθύνονται προς μία κατεύθυνση, κάθετα στο επίπεδο του κυκλώματος του αγωγού, και απλώς συνοψίζονται. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό αν σχεδιάσουμε τις γραμμές δύναμης κάθε στοιχείου του αγωγού με ρεύμα διαμέσου του κέντρου και χτίσουμε εφαπτομένες σε αυτές. Η κατεύθυνση της μαγνητικής επαγωγής ενός κυκλικού αγωγού με ρεύμα μπορεί επίσης να προσδιοριστεί σύμφωνα με τον κανόνα του ελατηρίου: εάν βιδώσετε το στόμιο περιστρέφοντας τη λαβή προς την κατεύθυνση του ρεύματος, η βίδα θα δείξει την κατεύθυνση της μαγνητικής επαγωγής στο το κέντρο.

Το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής καθορίζεται από το νόμο Biot-Savart-Laplace

Είναι βολικό να περιγράψουμε τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από κυκλικά ρεύματα χρησιμοποιώντας τη μαγνητική ροπή pm = IS, όπου I είναι το ρεύμα στο κύκλωμα και S είναι η περιοχή που ρέει γύρω από το ρεύμα. Η κατεύθυνση της μαγνητικής ροπής λαμβάνεται ως η κατεύθυνση της κανονικής προς το επίπεδο του πηνίου, που συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος ΣΤΟστο κέντρο. Επειτα

Μπορεί να φανεί ότι η μαγνητική επαγωγή μέσα σε ένα μακρύ πηνίο με ρεύμα (σωληνοειδές) B = μ0μnI, όπου n είναι ο αριθμός των στροφών ανά μονάδα μήκους του πηνίου.

3. Ας τοποθετήσουμε έναν αγωγό, λυγισμένο σε μορφή ορθογώνιου πλαισίου, σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.

Όταν ένα ρεύμα ρέει μέσα από έναν αγωγό, ένα μαγνητικό πεδίο δρα σε κάθε πλευρά του αγωγού. Οι δυνάμεις εφελκυσμού δρουν στις πάνω και κάτω πλευρές. Δυνάμεις ενεργούν στις πλευρές F1 = F2 = IB μεγάλο sin90º, όπου μεγάλο- μήκος πλευράς. Κάθε μία από αυτές τις δυνάμεις δημιουργεί μια ροπή M = Fd, όπου d είναι ο βραχίονας της δύναμης.

Ροπή ενός ζευγαριού δυνάμεων М = 2Fd.= 2IB μεγάλορε. Το σχήμα 5.10 δείχνει ότι . Τότε M = IB λα sinα ή M = IBSsinα, όπου S είναι η περιοχή του πλαισίου. Το κύκλωμα με ρεύμα περιστρέφεται μέχρι η ροπή του να μηδενιστεί, δηλ. η γωνία α γίνεται ίση με μηδέν. Έτσι, το πλαίσιο με ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο τείνει να περιστρέφεται κάθετα στις γραμμές δύναμης. Μπορείτε να συσχετίσετε τη ροπή και τη μαγνητική ροπή του κυκλώματος με το ρεύμα

Η ροπή παύει να δρα όταν η μαγνητική ροπή του βρόχου ρεύματος προσανατολίζεται κατά την κατεύθυνση της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου.

Εικ.5.11

3. Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να μετακινήσει έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα, πράγμα που σημαίνει ότι το πεδίο λειτουργεί. Αφήστε έναν ευθύ αγωγό μήκους μεγάλουπό τη δράση ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου θα μετακινηθεί μια απόσταση dx στην κατεύθυνση κάθετη στις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.

Εικ.5.12

Εργασία dA = Fdx = I μεγάλο bdx. Δεδομένου ότι το γινόμενο της μετατόπισης κατά το μήκος του αγωγού είναι η περιοχή dS που περιγράφεται από τον αγωγό κατά την κίνηση, τότε dA = IBdS ή dA = IdФ. Επομένως, το έργο της κίνησης ενός αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι ίσο με το γινόμενο της ισχύος του ρεύματος στον αγωγό και της μαγνητικής ροής που διέρχεται από την περιοχή που περιγράφεται από τον αγωγό κατά την κίνηση.

ΔΙΑΛΕΞΗ 6

Θέμα:Η δράση ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα κινούμενο φορτίο . Μαγνητικό πεδίο σε

ουσία

Ερωτήσεις: 1) Δύναμη Lorentz.

2) Κίνηση φορτίου σε μαγνητικό πεδίο.

3) Μαγνητικό πεδίο στην ύλη.

4) Σιδηρομαγνήτες.

1. Ένας αγωγός με ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια κατευθυνόμενη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων, κάθε κινούμενο φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Είναι δυνατόν να καταγράψετε τον νόμο Biot-Savart-Laplace για μία χρέωση. Για να γίνει αυτό, μετασχηματίζουμε Idl = jSdl = nqvSdl = Nqv. Εδώ j είναι η πυκνότητα ρεύματος, n είναι ο αριθμός των φορτισμένων σωματιδίων ανά μονάδα όγκου (συγκέντρωση σωματιδίων), v είναι η ταχύτητα των σωματιδίων. N είναι ο συνολικός αριθμός σωματιδίων στο τμήμα dl του αγωγού. Τώρα η μαγνητική επαγωγή που δημιουργείται από ένα τμήμα ενός αγωγού που μεταφέρει ρεύμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως

,

και η μαγνητική επαγωγή του πεδίου που δημιουργείται στο κενό από ένα φορτίο q σε απόσταση r από το φορτίο

Η κατεύθυνση των γραμμών δύναμης καθορίζεται από τον κανόνα του gimlet.

Το μαγνητικό πεδίο δρα στο ρεύμα, πράγμα που σημαίνει ότι μια δύναμη πρέπει επίσης να ενεργεί σε κάθε φορτίο. Ο G. Lorentz έλαβε την έκφραση για αυτό.

Ένα φορτίο q που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο με ταχύτητα v επηρεάζεται από μια δύναμη F = qvBsinα, όπου α είναι η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης της ταχύτητας και της μαγνητικής επαγωγής. Η κατεύθυνση της δύναμης για ένα θετικό φορτίο καθορίζεται από τον κανόνα της αριστερής ή δεξιάς βίδας (περιστροφή από vπρος την σι).

Έτσι, μεταξύ των κινούμενων φορτίων υπάρχει τόσο ηλεκτρική όσο και μαγνητική αλληλεπίδραση.

2. Αφήστε ένα σωματίδιο με φορτίο q και ταχύτητα v να πετάξει σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο κάθετο στις γραμμές της μαγνητικής επαγωγής Β (Εικ.6.3).

Η δύναμη που ασκεί το σωματίδιο, F = qvBsin90º. Η δύναμη είναι κάθετη στην ταχύτητα, που σημαίνει ότι δεν λειτουργεί και δεν αλλάζει την ενέργεια και το μέγεθος της ταχύτητας του σωματιδίου. Ωστόσο, μια δύναμη κάθετη στην ταχύτητα προκαλεί πάντα κεντρομόλο επιτάχυνση και κυκλική κίνηση, δηλ.

Η ακτίνα του κύκλου της τροχιάς είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του σωματιδίου. Καθώς αυξάνεται η μαγνητική επαγωγή, η ακτίνα μειώνεται. Εξαρτάται επίσης από το συγκεκριμένο φορτίο q/m του σωματιδίου.

Η περίοδος περιστροφής του σωματιδίου είναι Τ = 2πR/v. Αντικαθιστώντας την έκφραση με την ακτίνα, λαμβάνουμε , δηλ. η περίοδος δεν εξαρτάται από την ταχύτητα.

Έστω τώρα ένα φορτισμένο σωματίδιο να πετάξει σε ένα μαγνητικό πεδίο υπό γωνία α προς την κατεύθυνση της μαγνητικής επαγωγής (Εικ. 6.4).

Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του σωματιδίου v0μπορεί να αναπαρασταθεί ως το διανυσματικό άθροισμα της εφαπτομενικής ταχύτητας vt κατά μήκος B και της κανονικής ταχύτητας vn κάθετης στο B.

vt = v0 cosα, αντικαθιστώντας αυτή την ταχύτητα στην έκφραση της δύναμης Lorentz, λαμβάνουμε F = qvtBsin0º, δηλ. F = 0. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη δεν επιδρά στο σωματίδιο κατά μήκος της γραμμής δύναμης και κινείται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα προς αυτή την κατεύθυνση.

vn = v0 siνα,. Η δύναμη Lorentz F = qvnBsin90º προκαλεί κεντρομόλο επιτάχυνση και κυκλική κίνηση με ακτίνα και περίοδο. Ως αποτέλεσμα, το σωματίδιο περιγράφει μια τροχιά με τη μορφή μιας κυλινδρικής έλικας με ένα βήμα (η απόσταση μεταξύ των στροφών της έλικας, με την οποία το σωματίδιο κινείται κατά μήκος της γραμμής πεδίου, κάνοντας μια πλήρη περιστροφή) f = vt T.

Τα μοτίβα κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων σε μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία χρησιμοποιούνται σε επιταχυντές, μαγνητρόνια, φασματόμετρα μάζας κ.λπ.

3. Όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα και μόρια, η κίνηση των ηλεκτρονίων στα οποία βρίσκεται ένα κλειστό μοριακό ρεύμα. Κάθε ένα από αυτά τα ρεύματα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, δηλ. έχει μαγνητική ροπή

όπου I είναι η ισχύς του ρεύματος, S είναι η περιοχή που ρέει από το ρεύμα, n- μοναδιαίο διάνυσμα της κανονικής προς το επίπεδο του πηνίου με ρεύμα.

Υπό κανονικές συνθήκες, ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης των σωματιδίων, οι μαγνητικές ροπές των μοριακών ρευμάτων προσανατολίζονται εσφαλμένα. Εάν μια ουσία τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο, τότε οι μαγνητικές ροπές των σωματιδίων προσανατολίζονται εν μέρει ή πλήρως κατά μήκος του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, ενισχύοντάς το (Εικ. 6.6).

Οι ουσίες που μπορούν να μαγνητιστούν ονομάζονται μαγνήτες. Η μαγνητική κατάσταση της ύλης χαρακτηρίζεται από το διάνυσμα μαγνήτισης, δηλ. μαγνητική ροπή ανά μονάδα όγκου μιας ουσίας

Η μονάδα μέτρησης για τη μαγνήτιση είναι ο Τέσλα. Για ευκολία εξέτασης, εισαγάγαμε τη φυσική ποσότητα H -δύναμη μαγνητικού πεδίου. Αυτό είναι το χαρακτηριστικό ισχύος του μαγνητικού πεδίου, που σχετίζεται με τη μαγνητική επαγωγή από τη σχέση. Χαρακτηρίζει το μαγνητικό πεδίο στο κενό. Από τα πειράματα προκύπτει ότι το διάνυσμα μαγνήτισης είναι ανάλογο με την ένταση του μαγνητικού πεδίου , όπου χ είναι η μαγνητική επιδεκτικότητα της ουσίας.

Η συνολική τιμή της μαγνητικής επαγωγής σε έναν μαγνήτη είναι

Άρα η μαγνητική επαγωγή στην ύλη , όπου μ είναι η μαγνητική διαπερατότητα της ουσίας. Δείχνει πόσες φορές το μαγνητικό πεδίο σε μια ουσία είναι ισχυρότερο από ό,τι στο κενό.

Υπάρχουν κάποιες ουσίες στις οποίες μ<1, их называют диамагнетиками (азот, вода, серебро, висмут). У них магнитный момент молекулярных токов устанавливается против поля, что объясняется появлением дополнительного вращения электронных орбиталей (прецессии) в магнитном поле.

Πολλές ουσίες έχουν μ>1, ονομάζονται παραμαγνήτες (οξυγόνο, αλουμίνιο κ.λπ.). Για τους διαμαγνήτες και τους παραμαγνήτες, η μαγνητική διαπερατότητα είναι κοντά στη μονάδα, δηλ. μαγνητίζονται ασθενώς.

Στη διεπαφή μεταξύ δύο διαφορετικών μέσων με διαφορετικές τιμές μαγνητικής διαπερατότητας, οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής διαθλώνται. Η κανονική συνιστώσα του ανέμου μαγνητικής επαγωγής δεν αλλάζει

Οι συνιστώσες της επαγωγής που εφάπτονται στη διεπαφή βιώνουν ένα άλμα και

Από αυτούς τους τύπους ακολουθεί ο νόμος της διάθλασης των γραμμών επαγωγής

όπου είναι η γωνία μεταξύ των γραμμών μαγνητικής επαγωγής στο μέσο 1 και της κανονικής προς τη διεπιφάνεια, και είναι η αντίστοιχη γωνία στο μέσο 2. Αυτό σημαίνει ότι οι γραμμές επαγωγής, που εισέρχονται σε ένα μέσο με υψηλότερη μαγνητική διαπερατότητα, απομακρύνονται από το κανονικό και παχύνουν (Εικ. 6.7).

Εικ. 6.7 α - μια μπάλα σε μαγνητικό πεδίο (μ της μπάλας είναι μεγαλύτερη από το μ του μέσου).

β - μπάλα σε μαγνητικό πεδίο (το μ της μπάλας είναι μικρότερο από το μ του μέσου).

γ - ένας κύλινδρος σιδήρου τοποθετείται σε μια αρχικά ομοιογενή

ένα μαγνητικό πεδίο.

4. Υπάρχουν ουσίες που είναι ικανές να μαγνητιστούν έντονα, η μαγνητική τους διαπερατότητα έχει τιμή της τάξης των χιλιάδων μονάδων και μπορεί να φτάσει το ένα εκατομμύριο σε ειδικές περιπτώσεις. Τέτοιες ιδιότητες παρουσιάζουν ο σίδηρος και τα κράματά του, επομένως αυτή η κατηγορία ουσιών ονομάστηκε σιδηρομαγνήτες. Άλλα μέταλλα δείχνουν επίσης τις ιδιότητες των σιδηρομαγνητών (Πίνακας 6.1).

Πίνακας 6.1 Σιδηρομαγνητικά μέταλλα

Οι σιδηρομαγνήτες είναι ουσίες (κατά κανόνα, σε στερεή κρυσταλλική ή άμορφη κατάσταση) στις οποίες, κάτω από μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία TC (σημεία Curie), δημιουργείται μια σιδηρομαγνητική σειρά μακράς εμβέλειας των μαγνητικών ροπών των ατόμων. Με άλλα λόγια, σιδηρομαγνήτης είναι μια ουσία που όταν ψύχεται κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες. Πάνω από το σημείο Κιουρί, οι σιδηρομαγνητικές ιδιότητες εξαφανίζονται.

Οι σιδηρομαγνήτες χαρακτηρίζονται από ισχυρό προσανατολισμό των μαγνητικών ροπών των ατόμων χωρίς εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ανταλλαγής ηλεκτρονίων, σχηματίζονται ξεχωριστές περιοχές αυθόρμητης μαγνήτισης - τομείς. Τέτοια πεδία βρέθηκαν πειραματικά χρησιμοποιώντας σχήματα σκόνης. Ένα στρώμα υγρού με σκόνη οξειδίου του σιδήρου τοποθετείται σε μια καλά γυαλισμένη επιφάνεια σιδηρομαγνήτη. Οι κόκκοι εγκαθίστανται σε σημεία όπου το μαγνητικό πεδίο είναι ανομοιογενές, δηλαδή κοντά στα τοιχώματα των περιοχών, και τα όρια των περιοχών είναι καθαρά ορατά στο μικροσκόπιο (Εικ. 6.7).

Ρύζι. 6.7 α - χωρίς μαγνητικό πεδίο. β - μαγνητικό πεδίο κάθετο στο επίπεδο του σχεδίου. γ – μαγνητικό πεδίο αντίθετης κατεύθυνσης.

Οι κατευθύνσεις μαγνήτισης σε επιμέρους τομείς είναι διαφορετικές και είναι τέτοιες που η συνολική μαγνητική ροπή του σιδηρομαγνήτη είναι ίση με μηδέν. Όταν ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο είναι ενεργοποιημένο, αναπτύσσονται τομείς των οποίων το διάνυσμα μαγνήτισης κάνει οξεία γωνία με την κατεύθυνση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, ενώ ο όγκος των περιοχών με αμβλεία γωνία μειώνεται.

Εικ. 6.8 Η διαδικασία μαγνήτισης ενός σιδηρομαγνήτη: a, b, c - μετατόπιση

σύνορα? d και e - περιστροφή του διανύσματος μαγνήτισης

Στην περίπτωση ασθενών πεδίων (περιοχή 1), οι μετατοπίσεις των ορίων είναι αναστρέψιμες και ακολουθούν ακριβώς την αλλαγή στο πεδίο. Καθώς το πεδίο αυξάνεται, οι μετατοπίσεις των ορίων του τομέα γίνονται μη αναστρέψιμες και οι δυσμενείς τομείς εξαφανίζονται. Στη συνέχεια, με ακόμη μεγαλύτερη αύξηση του πεδίου, αλλάζει η κατεύθυνση της μαγνητικής ροπής μέσα στην περιοχή. Σε ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο, οι μαγνητικές ροπές όλων των περιοχών γίνονται παράλληλες με το πεδίο και ο σιδηρομαγνήτης τώρα μαγνητίζεται σε κορεσμό.

Όλες αυτές οι διαδικασίες μαγνήτισης συμβαίνουν με κάποια καθυστέρηση, δηλαδή υστερούν σε σχέση με την αλλαγή του πεδίου, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται υστέρηση (Εικ. 6.8).

Εικ.6.9 Βρόχος υστέρησης

Εάν το μαγνητικό πεδίο μειωθεί, τότε όταν το πεδίο H γίνει ίσο με μηδέν, παρατηρείται υπολειπόμενη μαγνήτιση + Β στον μαγνήτη. Για να απομαγνητιστεί πλήρως ένας μαγνήτης, πρέπει να εφαρμοστεί ένα μαγνητικό πεδίο του αντίθετου πρόσημου, Hc. Αυτό το πεδίο ονομάζεται καταναγκαστική δύναμη ενός σιδηρομαγνήτη.

Με την κυκλική αντιστροφή μαγνήτισης ενός σιδηρομαγνήτη, μια αλλαγή στην επαγωγή σε αυτόν θα αντιπροσωπεύεται από έναν βρόχο υστέρησης. Το έργο κατά τη διάρκεια του κυκλικού επαναμαγνητισμού είναι ανάλογο με το εμβαδόν του βρόχου υστέρησης. Καταναλώνει την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου, το οποίο τελικά μετατρέπεται σε θερμότητα.