Garis magnet konduktor yang membawa arus. Medan magnet konduktor lurus yang membawa arus

Mari kita pertimbangkan konduktor lurus (Rajah 3.2), yang merupakan sebahagian daripada litar elektrik tertutup. Mengikut undang-undang Biot-Savart-Laplace, vektor aruhan magnet
medan dicipta pada satu titik A unsur konduktor pembawa arus saya, mempunyai makna
, Di mana - sudut antara vektor Dan . Untuk semua kawasan vektor konduktor ini Dan terletak pada satah lukisan, oleh itu pada titik A semua vektor
, dicipta oleh setiap bahagian , diarahkan berserenjang dengan satah lukisan (ke arah kami). vektor ditentukan oleh prinsip superposisi medan:

,

modulnya adalah sama dengan:

.

Mari kita nyatakan jarak dari titik A kepada konduktor . Pertimbangkan bahagian konduktor
. Dari titik A mari lukis lengkok DENGAND jejari ,
– kecil, oleh itu
Dan
. Dari lukisan itu jelas bahawa
;
, Tetapi
(CD=
) Oleh itu kami mempunyai:

.

Untuk kita mendapatkan:

di mana Dan - nilai sudut untuk titik ekstrem konduktor MN.

Jika konduktor itu panjang tidak terhingga, maka
,
. Kemudian

aruhan pada setiap titik medan magnet konduktor lurus tak terhingga panjang dengan arus adalah berkadar songsang dengan jarak terpendek dari titik ini ke konduktor.

3.4. Medan magnet arus bulat

Pertimbangkan pusingan bulat jejari R, di mana arus mengalir saya (Gamb. 3.3) . Mengikut undang-undang Biot-Savart-Laplace, induksi
medan dicipta pada satu titik TENTANG unsur pusing dengan arus adalah sama dengan:

,

dan
, Itulah sebabnya
, Dan
. Dengan mengambil kira ini, kami mendapat:

.

Semua vektor
diarahkan berserenjang dengan satah lukisan ke arah kami, oleh itu aruhan

ketegangan
.

biarlah S- kawasan yang diliputi oleh pusingan bulat,
. Kemudian aruhan magnet pada titik sewenang-wenangnya pada paksi gegelung bulat dengan arus:

,

di mana – jarak dari titik ke permukaan gegelung. Adalah diketahui bahawa
- momen magnet selekoh. Arahnya bertepatan dengan vektor pada mana-mana titik pada paksi gegelung, oleh itu
, Dan
.

Ungkapan untuk serupa dalam rupa dengan ungkapan untuk anjakan elektrik pada titik medan yang terletak pada paksi dipol elektrik yang cukup jauh daripadanya:

.

Oleh itu, medan magnet arus cincin sering dianggap sebagai medan magnet beberapa "dipol magnet" konvensional; kutub positif (utara) dianggap sebagai sisi satah gegelung dari mana garis medan magnet keluar, dan kutub negatif (selatan) itulah yang mereka masuki.

Untuk gelung semasa bentuk arbitrari:

,

di mana - vektor unit normal luar kepada unsur permukaan S, terhad oleh kontur. Dalam kes kontur rata, permukaan S – rata dan semua vektor padankan.

3.5. Medan magnet solenoid

Solenoid ialah gegelung silinder dengan bilangan lilitan wayar yang banyak. Pusingan solenoid membentuk garisan heliks. Jika lilitan terletak rapat, maka solenoid boleh dianggap sebagai sistem arus bulat bersambung siri. Pusingan (arus) ini mempunyai jejari yang sama dan paksi sepunya (Rajah 3.4).

Mari kita pertimbangkan keratan rentas solenoid di sepanjang paksinya. Kami akan menggunakan bulatan dengan titik untuk menandakan arus yang datang dari belakang satah lukisan ke arah kami, dan bulatan dengan salib akan menandakan arus yang datang melepasi satah lukisan, jauh dari kami. L- panjang solenoid, n – bilangan lilitan per unit panjang solenoid; - R- jejari pusingan. Pertimbangkan perkara itu A, berbaring di atas paksi
solenoid. Ia adalah jelas bahawa aruhan magnet pada titik ini diarahkan sepanjang paksi
dan adalah sama dengan jumlah algebra aruhan medan magnet yang dicipta pada titik ini dengan semua lilitan.

Mari kita lukis dari titik A jejari – vektor ke mana-mana giliran. Vektor jejari ini terbentuk dengan paksi
sudut α . Arus yang mengalir melalui selekoh ini mencipta pada titik A medan magnet dengan aruhan

.

Mari kita pertimbangkan kawasan yang kecil
solenoid, ia mempunyai
berpusing. Giliran ini dibuat pada satu titik A medan magnet, induksinya

.

Ia adalah jelas bahawa jarak paksi dari titik A ke tapak
sama
; Kemudian
.Jelas sekali,
, Kemudian

Aruhan magnet bagi medan yang dicipta oleh semua lilitan pada satu titik A sama dengan

Kekuatan medan magnet pada satu titik A
.

Daripada Rajah 3. 4 kita dapati:
;
.

Oleh itu, aruhan magnet bergantung pada kedudukan titik A pada paksi solenoid. dia

maksimum di tengah-tengah solenoid:

.

Jika L>> R, maka solenoid boleh dianggap panjang tidak terhingga, dalam kes ini
,
,
,
; Kemudian

;
.

Pada satu hujung solenoid panjang
,
atau
;
,
,
.

Jika anda membawa jarum magnet ke konduktor lurus yang membawa arus elektrik, ia akan cenderung menjadi serenjang dengan satah yang melalui paksi konduktor dan pusat putaran jarum. Ini menunjukkan bahawa jarum tertakluk kepada daya khas yang dipanggil daya magnet. Sebagai tambahan kepada kesan pada jarum magnet, medan magnet mempengaruhi zarah bercas yang bergerak dan konduktor pembawa arus yang terletak di medan magnet. Dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet, atau dalam konduktor pegun yang terletak dalam medan magnet berselang-seli, pelepasan induktif berlaku. d.s.

Selaras dengan perkara di atas, kita boleh memberikan definisi medan magnet berikut.

Medan magnet ialah salah satu daripada dua sisi medan elektromagnet, teruja oleh cas elektrik zarah yang bergerak dan perubahan dalam medan elektrik dan dicirikan oleh kesan daya pada zarah bercas yang bergerak, dan oleh itu pada arus elektrik.

Jika anda melepasi konduktor tebal melalui kadbod dan mengalirkan arus elektrik melaluinya, maka pemfailan keluli yang dituangkan ke kadbod akan terletak di sekeliling konduktor dalam bulatan sepusat, yang dalam kes ini adalah apa yang dipanggil garis aruhan magnetik (Rajah 78). ). Kita boleh menggerakkan kadbod ke atas atau ke bawah konduktor, tetapi lokasi pemfailan keluli tidak akan berubah. Akibatnya, medan magnet timbul di sekeliling konduktor sepanjang keseluruhannya.

Jika anda meletakkan anak panah magnet kecil pada kadbod, maka dengan menukar arah arus dalam konduktor, anda boleh melihat bahawa anak panah magnet akan berputar (Rajah 79). Ini menunjukkan bahawa arah garis aruhan magnet berubah mengikut arah arus dalam konduktor.

Garis aruhan magnet di sekeliling konduktor pembawa arus mempunyai sifat-sifat berikut: 1) garis aruhan magnet bagi konduktor lurus mempunyai bentuk bulatan sepusat; 2) lebih dekat dengan konduktor, lebih padat garis aruhan magnet terletak; 3) aruhan magnet (intensiti medan) bergantung kepada magnitud arus dalam konduktor; 4) arah garis aruhan magnet bergantung kepada arah arus dalam konduktor.

Arah garis aruhan magnet di sekeliling konduktor pembawa arus boleh ditentukan oleh "peraturan gimlet:". Jika gimlet (skru) dengan benang sebelah kanan bergerak secara translasi mengikut arah arus, maka arah putaran pemegang akan bertepatan dengan arah garis aruhan magnet di sekeliling konduktor (Rajah 81),

Jarum magnet yang dimasukkan ke dalam medan konduktor pembawa arus terletak di sepanjang garis aruhan magnet. Oleh itu, untuk menentukan lokasinya, anda juga boleh menggunakan "peraturan gimlet" (Gamb. 82). Medan magnet adalah salah satu manifestasi terpenting arus elektrik dan tidak boleh

Diperolehi secara bebas dan berasingan daripada semasa. Medan magnet dicirikan oleh vektor aruhan magnet, yang oleh itu mempunyai magnitud tertentu dan arah tertentu dalam ruang.

Ungkapan kuantitatif untuk aruhan magnet, hasil daripada generalisasi data eksperimen, telah ditubuhkan oleh Biot dan Savart (Rajah 83). Mengukur medan magnet arus elektrik pelbagai saiz dan bentuk dengan pesongan jarum magnet, kedua-dua saintis membuat kesimpulan bahawa setiap elemen semasa mencipta medan magnet pada jarak tertentu dari dirinya, aruhan magnet AB yang berkadar terus dengan panjang A1 unsur ini, magnitud arus yang mengalir I, sudut sinus a antara arah arus dan vektor jejari yang menghubungkan titik medan menarik kepada kita dengan unsur arus tertentu, dan berkadar songsang dengan kuasa dua panjang vektor jejari ini r:

henry (h) - unit induktansi; 1 gn = 1 ohm saat.

- kebolehtelapan magnet relatif - pekali tak berdimensi yang menunjukkan berapa kali kebolehtelapan magnet bahan tertentu lebih besar daripada kebolehtelapan magnet lompang. Dimensi aruhan magnetik boleh didapati menggunakan formula

Volt-saat sebaliknya dipanggil Weber (vb):

Dalam amalan, terdapat unit aruhan magnet yang lebih kecil - gauss (gs):

Hukum Biot dan Savart membolehkan kita mengira aruhan magnet bagi konduktor lurus yang panjang tak terhingga:

di manakah jarak dari konduktor ke titik di mana ia ditentukan

Aruhan magnetik. Nisbah aruhan magnetik kepada hasil kebolehtelapan magnet dipanggil kekuatan medan magnet dan dilambangkan dengan huruf H:

Persamaan terakhir menghubungkan dua kuantiti magnet: aruhan dan kekuatan medan magnet. Mari cari dimensi H:

Kadang-kadang mereka menggunakan unit ketegangan yang lain - oersted (er):

1 er = 79.6 a/m = 0.796 a/cm.

Kekuatan medan magnet H, seperti aruhan magnet B, ialah kuantiti vektor.

Garis tangen kepada setiap titik yang bertepatan dengan arah vektor aruhan magnet dipanggil garis aruhan magnetik atau garis aruhan magnet.

Hasil darab aruhan magnet dan magnitud kawasan berserenjang dengan arah medan (vektor aruhan magnet) dipanggil fluks vektor aruhan magnet atau hanya fluks magnet dan dilambangkan dengan huruf F:

Dimensi fluks magnet:

iaitu, fluks magnet diukur dalam volt-saat atau weber. Unit fluks magnet yang lebih kecil ialah maxwell (µs):

1 wb = 108 µs. 1 μs = 1 gf cm2.

Jika jarum magnet didekatkan dengan konduktor lurus yang membawa arus, ia akan cenderung menjadi berserenjang dengan satah yang melalui paksi konduktor dan pusat putaran jarum (Rajah 67). Ini menunjukkan bahawa jarum tertakluk kepada daya khas yang dipanggil daya magnet. Dengan kata lain, jika arus elektrik melalui konduktor, medan magnet muncul di sekeliling konduktor. Medan magnet boleh dianggap sebagai keadaan khusus ruang yang mengelilingi konduktor pembawa arus.

Jika anda melepasi konduktor tebal melalui kad dan mengalirkan arus elektrik melaluinya, maka pemfailan keluli yang dituangkan ke kadbod akan terletak di sekeliling konduktor dalam bulatan sepusat, yang dalam kes ini mewakili garis magnet yang dipanggil (Rajah 68). . Kita boleh menggerakkan kadbod ke atas atau ke bawah konduktor, tetapi lokasi pemfailan keluli tidak akan berubah. Akibatnya, medan magnet timbul di sekeliling konduktor sepanjang keseluruhannya.

Jika anda meletakkan anak panah magnet kecil pada kadbod, kemudian dengan menukar arah arus dalam konduktor, anda dapat melihat bahawa anak panah magnet akan berputar (Rajah 69). Ini menunjukkan bahawa arah garis magnet berubah dengan perubahan arah arus dalam konduktor.

Medan magnet di sekeliling konduktor pembawa arus mempunyai ciri-ciri berikut: garis magnet konduktor lurus mempunyai bentuk bulatan sepusat; semakin dekat dengan konduktor, semakin padat garis magnet terletak, semakin besar induksi magnet; aruhan magnet (keamatan medan) bergantung pada magnitud arus dalam konduktor; Arah garis magnet bergantung kepada arah arus dalam konduktor.

Untuk menunjukkan arah arus dalam konduktor yang ditunjukkan dalam bahagian, simbol telah diterima pakai, yang akan kami gunakan pada masa hadapan. Jika anda secara mental meletakkan anak panah dalam konduktor ke arah arus (Rajah 70), maka dalam konduktor di mana arus diarahkan menjauhi kita, kita akan melihat ekor bulu anak panah (salib); jika arus diarahkan ke arah kita, kita akan nampak hujung anak panah (titik).

Arah garis magnet di sekeliling konduktor pembawa arus boleh ditentukan oleh "peraturan gimlet." Jika gimlet (penutup botol) dengan benang sebelah kanan bergerak ke hadapan mengikut arah arus, maka arah putaran pemegang akan bertepatan dengan arah garis magnet di sekeliling konduktor (Rajah 71).

nasi. 71. Menentukan arah garis magnet di sekeliling konduktor pembawa arus menggunakan "peraturan gimlet"

Jarum magnet yang dimasukkan ke dalam medan konduktor pembawa arus terletak di sepanjang garis magnet. Oleh itu, untuk menentukan lokasinya, anda juga boleh menggunakan "peraturan gimlet" (Gamb. 72).

nasi. 72. Penentuan arah pesongan jarum magnet yang dibawa ke konduktor dengan arus, mengikut "peraturan gimlet"

Medan magnet adalah salah satu manifestasi terpenting arus elektrik dan tidak boleh diperoleh secara bebas dan berasingan daripada arus.

Dalam magnet kekal, medan magnet juga disebabkan oleh pergerakan elektron yang membentuk atom dan molekul magnet.

Keamatan medan magnet pada setiap titik ditentukan oleh magnitud aruhan magnet, yang biasanya dilambangkan dengan huruf B. Aruhan magnet adalah kuantiti vektor, iaitu, ia dicirikan bukan sahaja oleh nilai tertentu, tetapi juga oleh arah tertentu pada setiap titik medan magnet. Arah vektor aruhan magnet bertepatan dengan tangen kepada garis magnet pada titik tertentu dalam medan (Rajah 73).

Hasil daripada generalisasi data eksperimen, saintis Perancis Biot dan Savard menetapkan bahawa aruhan magnetik B (keamatan medan magnet) pada jarak r dari konduktor lurus yang panjang tak terhingga dengan arus ditentukan oleh ungkapan

di mana r ialah jejari bulatan yang dilukis melalui titik medan yang sedang dipertimbangkan; pusat bulatan berada pada paksi konduktor (2πr ialah lilitan);

I ialah jumlah arus yang mengalir melalui konduktor.

Nilai μ a, yang mencirikan sifat magnet medium, dipanggil kebolehtelapan magnet mutlak medium.

Untuk kekosongan, kebolehtelapan magnet mutlak mempunyai nilai minimum dan biasanya dilambangkan dengan μ 0 dan dipanggil kebolehtelapan magnet mutlak kekosongan.

1 H = 1 ohm⋅saat.

Nisbah μ a / μ 0, menunjukkan berapa kali kebolehtelapan magnet mutlak medium tertentu adalah lebih besar daripada kebolehtelapan magnet mutlak kekosongan, dipanggil kebolehtelapan magnet relatif dan dilambangkan dengan huruf μ.

Sistem Unit Antarabangsa (SI) menggunakan unit ukuran aruhan magnetik B - tesla atau weber bagi setiap meter persegi (tl, wb/m2).

Dalam amalan kejuruteraan, aruhan magnet biasanya diukur dalam gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.

Jika di semua titik medan magnet, vektor aruhan magnet adalah sama dalam magnitud dan selari antara satu sama lain, maka medan sedemikian dipanggil seragam.

Hasil darab aruhan magnet B dan kawasan S berserenjang dengan arah medan (vektor aruhan magnet) dipanggil fluks vektor aruhan magnet, atau ringkasnya fluks magnet, dan dilambangkan dengan huruf Φ (Rajah 74):

Sistem Antarabangsa menggunakan weber (wb) sebagai unit ukuran untuk fluks magnet.

Dalam pengiraan kejuruteraan, fluks magnet diukur dalam maxwells (μs):

1 vb = 10 8 μs.

Apabila mengira medan magnet, kuantiti yang dipanggil kekuatan medan magnet (ditandakan H) juga digunakan. Aruhan magnetik B dan kekuatan medan magnet H dikaitkan dengan hubungan

Unit ukuran untuk kekuatan medan magnet ialah N - ampere per meter (a/m).

Kekuatan medan magnet dalam medium homogen, serta aruhan magnet, bergantung pada magnitud arus, bilangan dan bentuk konduktor yang dilalui arus. Tetapi tidak seperti aruhan magnet, kekuatan medan magnet tidak mengambil kira pengaruh sifat magnet medium.

Topik pengekod Peperiksaan Negeri Bersepadu: interaksi magnet, medan magnet konduktor dengan arus.

Sifat kemagnetan jirim telah diketahui oleh manusia sejak sekian lama. Magnet mendapat nama mereka dari bandar kuno Magnesia: di sekitarnya terdapat mineral biasa (kemudian dipanggil bijih besi magnet atau magnetit), kepingan yang menarik objek besi.

Interaksi magnet

Pada dua sisi setiap magnet terdapat kutub utara Dan kutub Selatan. Dua magnet ditarik antara satu sama lain oleh kutub bertentangan dan ditolak oleh kutub yang serupa. Magnet boleh bertindak antara satu sama lain walaupun melalui vakum! Walau bagaimanapun, semua ini menyerupai interaksi cas elektrik interaksi magnet bukan elektrik. Ini dibuktikan dengan fakta eksperimen berikut.

Daya magnet menjadi lemah apabila magnet menjadi panas. Kekuatan interaksi cas titik tidak bergantung pada suhunya.

Daya magnet menjadi lemah jika magnet digoncang. Tiada perkara seperti ini berlaku dengan badan bercas elektrik.

Caj elektrik positif boleh diasingkan daripada yang negatif (contohnya, semasa mengelektrik badan). Tetapi adalah mustahil untuk memisahkan kutub magnet: jika anda memotong magnet kepada dua bahagian, maka kutub juga muncul di tapak pemotongan, dan magnet berpecah kepada dua magnet dengan kutub bertentangan di hujungnya (berorientasikan dengan cara yang sama. sebagai kutub magnet asal).

Jadi magnet Sentiasa bipolar, ia hanya wujud dalam bentuk dipol. Kutub magnet terpencil (dipanggil monopol magnetik- analog cas elektrik) tidak wujud dalam alam semula jadi (dalam apa jua keadaan, mereka belum ditemui secara eksperimen). Ini mungkin asimetri yang paling ketara antara elektrik dan kemagnetan.

Seperti badan bercas elektrik, magnet bertindak pada cas elektrik. Walau bagaimanapun, magnet hanya bertindak pada bergerak caj; jika cas berada dalam keadaan rehat berbanding dengan magnet, maka kesan daya magnet pada cas tidak diperhatikan. Sebaliknya, badan elektrik bertindak pada apa-apa cas, tidak kira sama ada ia dalam keadaan rehat atau bergerak.

Menurut konsep moden teori jarak dekat, interaksi magnet dijalankan melalui medan magnet Iaitu, magnet mencipta medan magnet di ruang sekeliling, yang bertindak pada magnet lain dan menyebabkan tarikan atau tolakan yang boleh dilihat oleh magnet ini.

Contoh magnet ialah jarum magnet kompas. Menggunakan jarum magnet, anda boleh menilai kehadiran medan magnet di kawasan ruang tertentu, serta arah medan.

Planet Bumi kita adalah magnet gergasi. Tidak jauh dari kutub geografi utara Bumi terdapat kutub magnet selatan. Oleh itu, hujung utara jarum kompas, beralih ke arah kutub magnet selatan Bumi, menunjuk ke utara geografi. Di sinilah nama "kutub utara" magnet berasal.

Garis medan magnet

Medan elektrik, kami ingat, dikaji menggunakan cas ujian kecil, dengan kesan yang mana seseorang boleh menilai magnitud dan arah medan. Analog cas ujian dalam kes medan magnet ialah jarum magnet kecil.

Sebagai contoh, anda boleh mendapatkan beberapa cerapan geometri ke dalam medan magnet dengan meletakkan jarum kompas yang sangat kecil pada titik yang berbeza di angkasa. Pengalaman menunjukkan bahawa anak panah akan berbaris di sepanjang garisan tertentu - yang dipanggil garisan medan magnet. Mari kita takrifkan konsep ini dalam bentuk tiga perkara berikut.

1. Garis medan magnet, atau garis daya magnet, ialah garis terarah dalam ruang yang mempunyai sifat berikut: jarum kompas kecil diletakkan pada setiap titik pada garis sedemikian berorientasikan tangen kepada garis ini.

2. Arah garis medan magnet dianggap sebagai arah hujung utara jarum kompas yang terletak pada titik pada garis ini.

3. Semakin padat garisan, semakin kuat medan magnet di kawasan ruang tertentu..

Pemfailan besi boleh berjaya berfungsi sebagai jarum kompas: dalam medan magnet, pemfailan kecil menjadi magnet dan berkelakuan sama seperti jarum magnet.

Jadi, dengan menuangkan pemfailan besi di sekeliling magnet kekal, kita akan melihat lebih kurang gambar garis medan magnet berikut (Rajah 1).

nasi. 1. Medan magnet kekal

Kutub utara magnet ditunjukkan oleh warna biru dan huruf ; kutub selatan - berwarna merah dan huruf . Sila ambil perhatian bahawa garis medan meninggalkan kutub utara magnet dan memasuki kutub selatan: selepas semua, ia adalah ke arah kutub selatan magnet bahawa hujung utara jarum kompas akan diarahkan.

Pengalaman Oersted

Walaupun fakta bahawa fenomena elektrik dan magnet telah diketahui orang sejak zaman dahulu, tiada hubungan antara mereka diperhatikan untuk masa yang lama. Selama beberapa abad, penyelidikan ke dalam elektrik dan kemagnetan dijalankan secara selari dan bebas antara satu sama lain.

Fakta yang luar biasa bahawa fenomena elektrik dan magnet sebenarnya berkaitan antara satu sama lain pertama kali ditemui pada tahun 1820 - dalam eksperimen terkenal Oersted.

Gambar rajah eksperimen Oersted ditunjukkan dalam Rajah. 2 (imej dari tapak rt.mipt.ru). Di atas jarum magnet (dan merupakan kutub utara dan selatan jarum) terdapat konduktor logam yang disambungkan kepada sumber arus. Jika anda menutup litar, anak panah bertukar berserenjang dengan konduktor!
Percubaan mudah ini secara langsung menunjukkan hubungan antara elektrik dan kemagnetan. Eksperimen yang mengikuti eksperimen Oersted dengan kukuh membentuk corak berikut: medan magnet dihasilkan oleh arus elektrik dan bertindak ke atas arus.

nasi. 2. Eksperimen Oersted

Corak garis medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor pembawa arus bergantung kepada bentuk konduktor.

Medan magnet wayar lurus yang membawa arus

Garis medan magnet wayar lurus yang membawa arus ialah bulatan sepusat. Pusat-pusat bulatan ini terletak pada wayar, dan satahnya berserenjang dengan wayar (Rajah 3).

nasi. 3. Medan wayar lurus dengan arus

Terdapat dua peraturan alternatif untuk menentukan arah garis medan magnet ke hadapan.

Peraturan mengikut arah jam. Garis medan pergi lawan jam jika anda melihat supaya arus mengalir ke arah kami.

Peraturan skru(atau peraturan gimlet, atau peraturan corkscrew- ini adalah sesuatu yang lebih dekat dengan seseorang ;-)). Garis medan pergi ke tempat yang anda perlukan untuk memutar skru (dengan benang kanan biasa) supaya ia bergerak sepanjang benang mengikut arah arus.

Gunakan peraturan yang paling sesuai dengan anda. Adalah lebih baik untuk membiasakan diri dengan peraturan mengikut arah jam - anda kemudian akan melihat sendiri bahawa ia lebih universal dan lebih mudah untuk digunakan (dan kemudian ingat dengan rasa syukur pada tahun pertama anda, apabila anda mempelajari geometri analisis).

Dalam Rajah. 3 sesuatu yang baharu telah muncul: ini ialah vektor yang dipanggil aruhan medan magnet, atau aruhan magnet. Vektor aruhan magnet adalah sama dengan vektor kekuatan medan elektrik: ia berfungsi ciri kuasa medan magnet, menentukan daya yang digunakan oleh medan magnet ke atas cas yang bergerak.

Kita akan bercakap tentang daya dalam medan magnet kemudian, tetapi buat masa ini kita hanya akan ambil perhatian bahawa magnitud dan arah medan magnet ditentukan oleh vektor aruhan magnet. Pada setiap titik dalam ruang, vektor diarahkan ke arah yang sama dengan hujung utara jarum kompas yang diletakkan pada titik tertentu, iaitu, tangen kepada garis medan dalam arah garis ini. Aruhan magnetik diukur dalam Tesla(Tl).

Seperti dalam kes medan elektrik, untuk aruhan medan magnet perkara berikut digunakan: prinsip superposisi. Ia terletak pada hakikat bahawa aruhan medan magnet yang dicipta pada titik tertentu oleh pelbagai arus menjumlahkan secara vektor dan memberikan vektor aruhan magnet yang terhasil:.

Medan magnet gegelung dengan arus

Pertimbangkan gegelung bulat yang melaluinya arus terus beredar. Kami tidak menunjukkan sumber yang mencipta arus dalam rajah.

Gambar garis medan orbit kita akan kelihatan lebih kurang seperti berikut (Rajah 4).

nasi. 4. Medan gegelung dengan arus

Adalah penting bagi kita untuk dapat menentukan ke dalam separuh ruang (berbanding dengan satah gegelung) medan magnet diarahkan. Sekali lagi kita mempunyai dua peraturan alternatif.

Peraturan mengikut arah jam. Garisan medan pergi ke sana, melihat dari mana arus kelihatan beredar mengikut arah lawan jam.

Peraturan skru. Garis medan pergi ke mana skru (dengan benang kanan biasa) akan bergerak jika diputar mengikut arah arus.

Seperti yang anda lihat, arus dan medan berubah peranan - berbanding dengan perumusan peraturan ini untuk kes arus terus.

Medan magnet bagi gegelung semasa

Gegelung Ia akan berfungsi jika anda menggulung wayar dengan ketat, berpusing untuk bertukar, menjadi lingkaran yang cukup panjang (Rajah 5 - imej dari en.wikipedia.org). Gegelung mungkin mempunyai beberapa puluh, ratusan atau bahkan ribuan lilitan. Gegelung juga dipanggil solenoid.

nasi. 5. Gegelung (solenoid)

Medan magnet satu pusingan, seperti yang kita tahu, tidak kelihatan sangat mudah. Padang? lilitan individu gegelung ditindih antara satu sama lain, dan nampaknya hasilnya akan menjadi gambaran yang sangat mengelirukan. Walau bagaimanapun, ini tidak begitu: medan gegelung panjang mempunyai struktur mudah yang tidak dijangka (Rajah 6).

nasi. 6. medan gegelung semasa

Dalam rajah ini, arus dalam gegelung mengalir mengikut lawan jam apabila dilihat dari kiri (ini akan berlaku jika dalam Rajah 5 hujung kanan gegelung disambungkan ke "tambah" sumber arus, dan hujung kiri ke " tolak"). Kami melihat bahawa medan magnet gegelung mempunyai dua sifat ciri.

1. Di dalam gegelung, jauh dari tepinya, medan magnet adalah homogen: pada setiap titik vektor aruhan magnet adalah sama dalam magnitud dan arah. Garisan medan ialah garis lurus selari; mereka bengkok hanya berhampiran tepi gegelung apabila mereka keluar.

2. Di luar gegelung medan menghampiri sifar. Semakin banyak lilitan dalam gegelung, semakin lemah medan di luarnya.

Ambil perhatian bahawa gegelung yang tidak terhingga panjang tidak melepaskan medan ke luar sama sekali: tiada medan magnet di luar gegelung. Di dalam gegelung sedemikian, medan adalah seragam di mana-mana.

Tidak mengingatkan anda tentang apa-apa? Gegelung ialah analog "magnet" bagi kapasitor. Anda masih ingat bahawa kapasitor mencipta medan elektrik seragam di dalam dirinya, garisan yang bengkok hanya berhampiran tepi plat, dan di luar kapasitor medan hampir kepada sifar; kapasitor dengan plat tak terhingga tidak melepaskan medan ke luar sama sekali, dan medan adalah seragam di mana-mana di dalamnya.

Dan sekarang - pemerhatian utama. Sila bandingkan gambar garis medan magnet di luar gegelung (Rajah 6) dengan garis medan magnet dalam Rajah. 1 . Ia adalah perkara yang sama, bukan? Dan sekarang kita sampai kepada soalan yang mungkin timbul dalam fikiran anda untuk masa yang lama: jika medan magnet dijana oleh arus dan bertindak pada arus, maka apakah sebab munculnya medan magnet berhampiran magnet kekal? Lagipun, magnet ini nampaknya bukan konduktor dengan arus!

Hipotesis Ampere. Arus asas

Pada mulanya difikirkan bahawa interaksi magnet dijelaskan oleh caj magnet khas yang tertumpu pada kutub. Tetapi, tidak seperti elektrik, tiada siapa yang boleh mengasingkan cas magnet; Lagipun, seperti yang telah kami katakan, tidak mungkin untuk mendapatkan kutub utara dan selatan magnet secara berasingan - kutub sentiasa ada dalam magnet secara berpasangan.

Keraguan tentang caj magnet bertambah teruk oleh eksperimen Oersted, apabila ternyata medan magnet dihasilkan oleh arus elektrik. Lebih-lebih lagi, ternyata untuk mana-mana magnet adalah mungkin untuk memilih konduktor dengan arus konfigurasi yang sesuai, supaya medan konduktor ini bertepatan dengan medan magnet.

Ampere mengemukakan hipotesis yang berani. Tiada cas magnet. Tindakan magnet dijelaskan oleh arus elektrik tertutup di dalamnya.

Apakah arus ini? Ini arus asas beredar di dalam atom dan molekul; ia dikaitkan dengan pergerakan elektron di sepanjang orbit atom. Medan magnet mana-mana badan terdiri daripada medan magnet arus asas ini.

Arus asas boleh terletak secara rawak secara relatif antara satu sama lain. Kemudian medan mereka dibatalkan bersama, dan badan tidak menunjukkan sifat magnetik.

Tetapi jika arus asas disusun dengan cara yang diselaraskan, maka medan mereka, menjumlahkan, menguatkan satu sama lain. Badan menjadi magnet (Rajah 7; medan magnet akan diarahkan ke arah kita; kutub utara magnet juga akan diarahkan ke arah kita).

nasi. 7. Arus magnet asas

Hipotesis Ampere tentang arus asas menjelaskan sifat magnet. Memanaskan dan menggoncang magnet memusnahkan susunan arus asasnya, dan sifat magnet menjadi lemah. Ketidakbolehpisahan kutub magnet telah menjadi jelas: pada titik di mana magnet dipotong, kita mendapat arus asas yang sama di hujungnya. Keupayaan badan untuk dimagnetkan dalam medan magnet dijelaskan oleh penjajaran terkoordinasi arus asas yang "berpusing" dengan betul (baca tentang putaran arus bulat dalam medan magnet dalam helaian seterusnya).

Hipotesis Ampere ternyata benar - ini ditunjukkan oleh perkembangan fizik selanjutnya. Idea tentang arus asas menjadi sebahagian daripada teori atom, yang telah dibangunkan pada abad kedua puluh - hampir seratus tahun selepas tekaan cemerlang Ampere.

Arus elektrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet di sekeliling konduktor. Arus elektrik dan medan magnet adalah dua bahagian yang tidak dapat dipisahkan dalam satu proses fizikal. Medan magnet magnet kekal akhirnya juga dihasilkan oleh arus elektrik molekul yang dibentuk oleh pergerakan elektron dalam orbit dan putarannya di sekeliling paksinya.

Medan magnet konduktor dan arah garis dayanya boleh ditentukan menggunakan jarum magnet. Garis magnet konduktor lurus mempunyai bentuk bulatan sepusat yang terletak dalam satah berserenjang dengan konduktor. Arah garis medan magnet bergantung kepada arah arus dalam konduktor. Jika arus dalam konduktor datang dari pemerhati, maka garis daya diarahkan mengikut arah jam.

Kebergantungan arah medan pada arah arus ditentukan oleh peraturan gimlet: apabila pergerakan translasi gimlet bertepatan dengan arah arus dalam konduktor, arah putaran pemegang bertepatan dengan arah daripada garis magnet.

Peraturan gimlet juga boleh digunakan untuk menentukan arah medan magnet dalam gegelung, tetapi dalam rumusan berikut: jika arah putaran pemegang gimlet digabungkan dengan arah arus dalam lilitan gegelung, maka pergerakan translasi gimlet akan menunjukkan arah garisan medan di dalam gegelung (Rajah 4.4).

Di dalam gegelung garisan ini pergi dari kutub selatan ke utara, dan di luarnya - dari utara ke selatan.

Peraturan gimlet juga boleh digunakan untuk menentukan arah arus jika arah garis medan magnet diketahui.

Konduktor pembawa arus dalam medan magnet mengalami daya yang sama dengan

F = I·L·B·sin

I ialah kekuatan semasa dalam konduktor; B - modul vektor aruhan medan magnet; L ialah panjang konduktor yang terletak dalam medan magnet;  ialah sudut antara vektor medan magnet dan arah arus dalam konduktor.

Daya yang bertindak ke atas konduktor pembawa arus dalam medan magnet dipanggil daya Ampere.

Daya ampere maksimum ialah:

F = I L B

Arah daya Ampere ditentukan oleh peraturan tangan kiri: jika tangan kiri diposisikan supaya komponen serenjang vektor aruhan magnet B memasuki tapak tangan, dan empat jari yang dipanjangkan diarahkan ke arah arus, maka ibu jari dibengkokkan 90 darjah akan menunjukkan arah daya yang bertindak pada konduktor segmen dengan arus, iaitu daya Ampere.

Jika dan terletak pada satah yang sama, maka sudut antara dan adalah lurus, oleh itu . Maka daya yang bertindak ke atas unsur semasa ialah

(sudah tentu, dari sisi konduktor pertama, daya yang sama bertindak pada yang kedua).

Daya yang terhasil adalah sama dengan salah satu daya ini. Jika kedua-dua konduktor ini mempengaruhi yang ketiga, maka medan magnetnya perlu ditambah secara vektor.

Litar dengan arus dalam medan magnet

nasi. 4.13

Biarkan bingkai dengan arus diletakkan dalam medan magnet seragam (Rajah 4.13). Kemudian daya Ampere yang bertindak pada sisi bingkai akan menghasilkan tork, yang magnitudnya berkadar dengan aruhan magnet, kekuatan semasa dalam bingkai, dan luasnya. S dan bergantung pada sudut a antara vektor dan normal ke kawasan:

Arah biasa dipilih supaya skru kanan bergerak ke arah biasa apabila berputar mengikut arah arus dalam bingkai.

Nilai maksimum tork ialah apabila bingkai dipasang berserenjang dengan garis daya magnet:

Ungkapan ini juga boleh digunakan untuk menentukan aruhan medan magnet:

Nilai yang sama dengan produk dipanggil momen magnet litar R t. Momen magnet ialah vektor yang arahnya bertepatan dengan arah normal ke kontur. Kemudian tork boleh ditulis

Pada sudut a = 0 tork adalah sifar. Nilai tork bergantung pada kawasan kontur, tetapi tidak bergantung pada bentuknya. Oleh itu, mana-mana litar tertutup di mana arus terus mengalir adalah tertakluk kepada tork M, yang memutarkannya supaya vektor momen magnet selari dengan vektor aruhan medan magnet.