เส้นแม่เหล็กของตัวนำที่มีกระแส สนามแม่เหล็กของตัวนำตรงที่มีกระแส

พิจารณาตัวนำไฟฟ้าแบบตรง (รูปที่ 3.2) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าแบบปิด ตามกฎของ Biot-Savart-Laplace เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
สนามที่สร้างขึ้นที่จุด แต่ธาตุ ตัวนำที่มีกระแส ฉัน, มีความหมาย
, ที่ไหน - มุมระหว่างเวกเตอร์ และ . สำหรับทุกแปลง เวกเตอร์ตัวนำนี้ และ อยู่ในระนาบของรูปวาด ดังนั้น ณ จุดนั้น แต่เวกเตอร์ทั้งหมด
สร้างโดยแต่ละส่วน , ตั้งฉากกับระนาบของภาพวาด (ให้เรา). เวกเตอร์ ถูกกำหนดโดยหลักการทับซ้อนของฟิลด์:

,

โมดูลัสของมันคือ:

.

ระบุระยะทางจากจุด แต่เป็นตัวนำ . พิจารณาส่วนหนึ่งของตัวนำ
. จากจุดหนึ่ง แต่วาดส่วนโค้ง จากดีรัศมี ,
มีขนาดเล็กดังนั้น
และ
. จะเห็นได้จากภาพวาดว่า
;
, แต่
(ซีดี=
) ดังนั้นเราจึงมี:

.

สำหรับ เราได้รับ:

ที่ไหน และ - ค่ามุมสำหรับจุดสุดขีดของตัวนำ MN.

ถ้าตัวนำนั้นยาวเป็นอนันต์
,
. แล้ว

การเหนี่ยวนำที่แต่ละจุดของสนามแม่เหล็กของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นเส้นตรงยาวเป็นอนันต์เป็นสัดส่วนผกผันกับระยะทางที่สั้นที่สุดจากจุดนี้ไปยังตัวนำ.

3.4. สนามแม่เหล็กกระแสแบบวงกลม

พิจารณาวงรัศมีวงกลม Rที่กระแสไหลผ่าน ฉัน (รูปที่ 3.3) . ตามกฎของ Biot-Savart-Laplace การเหนี่ยวนำ
สนามที่สร้างขึ้นที่จุด โอธาตุ ขดลวดที่มีกระแสเท่ากับ:

,

และ
นั่นเป็นเหตุผลที่
, และ
. จากที่กล่าวมาเราได้รับ:

.

เวกเตอร์ทั้งหมด
ตั้งฉากกับระนาบของรูปวาดเข้าหาเราดังนั้นการเหนี่ยวนำ

ความเครียด
.

อนุญาต ส- พื้นที่ปกคลุมด้วยขดลวดทรงกลม
. จากนั้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่จุดใดก็ได้บนแกนของขดลวดวงกลมที่มีกระแส:

,

ที่ไหน คือ ระยะจากจุดถึงผิวขดลวด เป็นที่ทราบกันดีว่า
คือโมเมนต์แม่เหล็กของขดลวด ทิศทางตรงกับเวกเตอร์ ที่จุดใดๆ บนแกนของขดลวด ดังนั้น
, และ
.

นิพจน์สำหรับ คล้ายกับนิพจน์ของการกระจัดไฟฟ้าที่จุดสนามที่วางอยู่บนแกนของไดโพลไฟฟ้าซึ่งอยู่ไกลจากจุดนั้นพอสมควร:

.

ดังนั้นสนามแม่เหล็กของกระแสวงแหวนจึงมักถูกมองว่าเป็นสนามแม่เหล็กของ "ไดโพลแม่เหล็ก" แบบมีเงื่อนไขบางอย่าง ขั้วบวก (เหนือ) ถือเป็นด้านของระนาบขดลวดที่เส้นแรงแม่เหล็กออก และ ด้านลบ (ใต้) - ทางที่พวกเขาเข้าไป

สำหรับลูปปัจจุบันที่มีรูปร่างตามอำเภอใจ:

,

ที่ไหน - เวกเตอร์หน่วยของค่าปกติภายนอกกับองค์ประกอบ พื้นผิว ส, รูปร่างที่ จำกัด ในกรณีของรูปร่างแบน พื้นผิว ส – แบนและเวกเตอร์ทั้งหมด การแข่งขัน.

3.5. สนามแม่เหล็กโซลินอยด์

โซลินอยด์เป็นขดลวดทรงกระบอกที่มีเส้นลวดจำนวนมาก ขดลวดของโซลินอยด์เป็นเกลียว หากการหมุนมีระยะห่างกันอย่างใกล้ชิด โซลินอยด์ก็ถือได้ว่าเป็นระบบของกระแสวงกลมที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม การหมุนเหล่านี้ (กระแส) มีรัศมีและแกนร่วมเท่ากัน (รูปที่ 3.4)

พิจารณาส่วนของโซลินอยด์ตามแกนของมัน วงกลมที่มีจุดจะหมายถึงกระแสที่มาจากด้านหลังระนาบของภาพวาด และวงกลมที่มีกากบาท - กระแสน้ำที่อยู่เหนือระนาบของรูปวาด จากเรา หลี่คือ ความยาวของโซลินอยด์ น – จำนวนรอบต่อหน่วยความยาวของโซลินอยด์ - R- รัศมีวงเลี้ยว พิจารณาประเด็น แต่นอนบนแกน
โซลินอยด์ เป็นที่ชัดเจนว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ณ จุดนี้ชี้ไปตามแกน
และเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น ณ จุดนี้โดยทุกรอบ

วาดจากจุด แต่รัศมี - vector ไปยังเธรดใดก็ได้ เวกเตอร์รัศมีนี้สร้างด้วยแกน
มุม α . กระแสที่ไหลผ่านขดลวดนี้สร้างที่จุด แต่สนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำ

.

พิจารณาพื้นที่เล็ก ๆ
โซลินอยด์ก็มี
เปลี่ยน การเลี้ยวเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นที่จุด แต่สนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำ

.

เป็นที่ชัดเจนว่าระยะทางตามแนวแกนจากจุดนั้น แต่ไปที่เว็บไซต์
เท่ากับ
; แล้ว
.อย่างชัดเจน,
, แล้ว

การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการหมุนทุกจุด แต่เท่ากับ

ความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดหนึ่ง แต่
.

จากรูปที่ 3 4 เราพบว่า:
;
.

ดังนั้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจึงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุด แต่บนแกนโซลินอยด์ เธอคือ

สูงสุดที่อยู่ตรงกลางของโซลินอยด์:

.

ถ้า หลี่>> Rในกรณีนี้โซลินอยด์ก็ถือว่ายาวไม่สิ้นสุด
,
,
,
; แล้ว

;
.

ที่ปลายด้านหนึ่งของโซลินอยด์แบบยาว
,
หรือ
;
,
,
.

หากนำเข็มแม่เหล็กไปยังตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าตรง มันก็จะมีแนวโน้มตั้งฉากกับระนาบที่เคลื่อนผ่านแกนของตัวนำและศูนย์กลางของการหมุนของลูกศร ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงพิเศษกระทำต่อเข็มซึ่งเรียกว่าแรงแม่เหล็ก นอกจากการกระทำบนเข็มแม่เหล็กแล้ว สนามแม่เหล็กยังส่งผลต่ออนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่และตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็ก ในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กหรือในตัวนำที่อยู่กับที่ในสนามแม่เหล็กสลับกัน อุปนัย e ดีเอส

ตามข้างต้น เราสามารถให้คำจำกัดความของสนามแม่เหล็กดังต่อไปนี้

สนามแม่เหล็กเป็นหนึ่งในสองด้านของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งตื่นเต้นด้วยประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่เคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า และมีลักษณะเฉพาะโดยผลกระทบของแรงที่มีต่ออนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่ ดังนั้น จึงเกิดกับกระแสไฟฟ้า

หากคุณส่งตัวนำหนาผ่านกระดาษแข็งและส่งกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไป ตะไบเหล็กที่โรยบนกระดาษแข็งจะตั้งอยู่รอบ ๆ ตัวนำในวงกลมศูนย์กลาง ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่าเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (รูปที่ 78) เราสามารถเลื่อนกระดาษแข็งขึ้นหรือลงตัวนำได้ แต่ตำแหน่งของตะไบเหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้นรอบตัวนำตลอดความยาวทั้งหมด

หากคุณวางลูกศรแม่เหล็กขนาดเล็กไว้บนกระดาษแข็งโดยการเปลี่ยนทิศทางของกระแสในตัวนำคุณจะเห็นว่าลูกศรแม่เหล็กจะหมุน (รูปที่ 79) นี่แสดงว่าทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางของกระแสในตัวนำ

เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กรอบตัวนำที่มีกระแสมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ 1) เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำเป็นเส้นตรงอยู่ในรูปของวงกลมศูนย์กลาง 2) ยิ่งใกล้กับตัวนำมากเท่าไร เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กก็จะยิ่งหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น 3) การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (ความเข้มของสนาม) ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสในตัวนำ 4) ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำ

ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กรอบตัวนำที่มีกระแสสามารถกำหนดได้โดย "กฎของวงแหวน:" หากเกลียว (เกลียว) ที่มีเกลียวขวาเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในทิศทางของกระแส ทิศทางการหมุนของที่จับจะตรงกับทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กรอบตัวนำ (รูปที่ 81)

เข็มแม่เหล็กที่นำเข้าสู่สนามของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่นั้นตั้งอยู่ตามเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ดังนั้นเพื่อกำหนดตำแหน่งของมัน คุณสามารถใช้ "กฎของเครื่องมือช่าง" (รูปที่ 82) สนามแม่เหล็กเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่สำคัญที่สุดของกระแสไฟฟ้าและไม่สามารถ

ได้รับอย่างอิสระและแยกออกจากปัจจุบัน สนามแม่เหล็กมีลักษณะเฉพาะด้วยเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งมีขนาดและทิศทางที่แน่นอนในอวกาศ

การแสดงออกเชิงปริมาณสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กอันเป็นผลมาจากการวางนัยทั่วไปของข้อมูลการทดลองสร้างโดย Biot และ Savart (รูปที่ 83) การวัดสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดและรูปร่างต่างๆ โดยการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้ข้อสรุปว่าองค์ประกอบปัจจุบันแต่ละธาตุสร้างสนามแม่เหล็กที่ระยะห่างจากตัวมันเอง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่ง AB เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ ความยาว A1 ขององค์ประกอบนี้ ขนาดของกระแสไหล I ไซน์มุม a ระหว่างทิศทางของกระแสและเวกเตอร์รัศมีที่เชื่อมต่อจุดสนามที่เราสนใจด้วยองค์ประกอบปัจจุบันที่กำหนด และเป็นสัดส่วนผกผันกับ กำลังสองของความยาวของเวกเตอร์รัศมีนี้ r:

เฮนรี่ (h) - หน่วยของการเหนี่ยวนำ; 1 ชม.= 1 โอห์ม วินาที

- การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ - ค่าสัมประสิทธิ์ไร้มิติที่แสดงว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุหนึ่งๆ มีค่ามากกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กของโมฆะกี่ครั้ง มิติของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสามารถหาได้จากสูตร

โวลต์-วินาที เรียกอีกอย่างว่าเวเบอร์ (vb):

ในทางปฏิบัติ มีหน่วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เล็กกว่า เกาส์ (gs):

กฎของ Biot และ Savart ช่วยให้คุณสามารถคำนวณการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำตรงที่มีความยาวไม่สิ้นสุด:

ระยะห่างจากตัวนำถึงจุดที่

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก อัตราส่วนของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กต่อผลคูณของการซึมผ่านของแม่เหล็กเรียกว่าความแรงของสนามแม่เหล็กและแสดงด้วยตัวอักษร H:

สมการสุดท้ายเกี่ยวข้องกับปริมาณแม่เหล็กสองปริมาณ: การเหนี่ยวนำและความแรงของสนามแม่เหล็ก ลองหามิติ H:

บางครั้งพวกเขาใช้หน่วยความตึงเครียดอื่น - oersted (er):

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

ความแรงของสนามแม่เหล็ก H เช่นเดียวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เป็นปริมาณเวกเตอร์

เส้นสัมผัสแต่ละจุดที่ตรงกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเรียกว่าเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยค่าของพื้นที่ตั้งฉากกับทิศทางของสนาม (เวกเตอร์เหนี่ยวนำแม่เหล็ก) เรียกว่าฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือเพียงแค่ฟลักซ์แม่เหล็กและเขียนแทนด้วยตัวอักษรФ:

มิติฟลักซ์แม่เหล็ก:

กล่าวคือ ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็นโวลต์-วินาทีหรือเวเบอร์ หน่วยที่เล็กกว่าของฟลักซ์แม่เหล็กคือแมกซ์เวลล์ (µs):

1 wb = 108 µs 1 µs = 1 gs cm2

หากเข็มแม่เหล็กถูกนำไปยังตัวนำที่เป็นเส้นตรงที่มีกระแส มันก็จะมีแนวโน้มที่จะตั้งฉากกับระนาบที่ผ่านแกนของตัวนำและศูนย์กลางของการหมุนของลูกศร (รูปที่ 67) นี่แสดงว่าแรงพิเศษกระทำบนเข็มซึ่งเรียกว่าแม่เหล็ก กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ สนามแม่เหล็กก็จะเกิดขึ้นรอบตัวนำ สนามแม่เหล็กถือได้ว่าเป็นสถานะพิเศษของพื้นที่โดยรอบตัวนำที่มีกระแส

หากคุณส่งตัวนำที่หนาผ่านการ์ดและส่งกระแสไฟฟ้าผ่านเข้าไป ตะไบเหล็กที่โรยบนกระดาษแข็งจะตั้งอยู่รอบ ๆ ตัวนำในวงกลมศูนย์กลาง ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่าเส้นแม่เหล็ก (รูปที่ 68) เราสามารถเลื่อนกระดาษแข็งขึ้นหรือลงตัวนำได้ แต่ตำแหน่งของตะไบเหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้นรอบตัวนำตลอดความยาวทั้งหมด

หากคุณวางลูกศรแม่เหล็กขนาดเล็กบนกระดาษแข็งโดยการเปลี่ยนทิศทางของกระแสในตัวนำคุณจะเห็นว่าลูกศรแม่เหล็กจะหมุน (รูปที่ 69) นี่แสดงว่าทิศทางของเส้นแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางของกระแสในตัวนำ

สนามแม่เหล็กรอบตัวนำที่มีกระแสมีลักษณะดังต่อไปนี้: เส้นแม่เหล็กของตัวนำเป็นเส้นตรงอยู่ในรูปของวงกลมที่มีจุดศูนย์กลาง ยิ่งใกล้กับตัวนำมากเท่าไร เส้นแม่เหล็กก็จะยิ่งหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (ความเข้มของสนาม) ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสในตัวนำ ทิศทางของเส้นแม่เหล็กขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำ

เพื่อแสดงทิศทางของกระแสในตัวนำที่แสดงในส่วนนี้จะใช้สัญลักษณ์ซึ่งเราจะใช้ในอนาคต หากจิตใจเราวางลูกศรในตัวนำในทิศทางของกระแส (รูปที่ 70) จากนั้นในตัวนำกระแสที่พุ่งออกไปจากเราเราจะเห็นหางของขนนกลูกศร (กากบาท); ถ้ากระแสตรงมาที่เรา เราจะเห็นปลายลูกศร (จุด)

ทิศทางของเส้นแม่เหล็กรอบตัวนำที่มีกระแสสามารถกำหนดได้โดย "กฎของวงแหวน" หากเหล็กไขจุก (เหล็กไขจุก) ที่มีเกลียวขวาเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในทิศทางของกระแส ทิศทางการหมุนของที่จับจะตรงกับทิศทางของเส้นแม่เหล็กรอบตัวนำ (รูปที่ 71)

ข้าว. 71. การกำหนดทิศทางของเส้นแม่เหล็กรอบตัวนำด้วยกระแสตาม "กฎของวงแหวน"

เข็มแม่เหล็กที่สอดเข้าไปในสนามของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่นั้นตั้งอยู่ตามเส้นแม่เหล็ก ดังนั้น ในการระบุตำแหน่ง คุณสามารถใช้ "กฎ Gimlet" (รูปที่ 72)

ข้าว. 72. การกำหนดทิศทางการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กที่นำไปยังตัวนำที่มีกระแสตามกฎของ gimlet

สนามแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของกระแสไฟฟ้าและไม่สามารถหาได้โดยอิสระและแยกจากกระแสไฟฟ้า

ในแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กยังเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นอะตอมและโมเลกุลของแม่เหล็ก

ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่จุดแต่ละจุดถูกกำหนดโดยขนาดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งมักจะแสดงด้วยตัวอักษร B การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นปริมาณเวกเตอร์นั่นคือมันมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าบางอย่างเท่านั้น แต่ยังเป็นไปตามทิศทางที่แน่นอนในแต่ละจุดของสนามแม่เหล็กด้วย ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเกิดขึ้นพร้อมกับเส้นสัมผัสของเส้นแม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดในสนาม (รูปที่ 73)

จากการสรุปข้อมูลการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Biot และ Savard พบว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B (ความเข้มของสนามแม่เหล็ก) ที่ระยะห่าง r จากตัวนำเป็นเส้นตรงยาวอนันต์ที่มีกระแสถูกกำหนดโดยนิพจน์

โดยที่ r คือรัศมีของวงกลมที่ลากผ่านจุดที่พิจารณาของสนาม ศูนย์กลางของวงกลมอยู่บนแกนของตัวนำ (2πr - เส้นรอบวง);

I คือปริมาณกระแสที่ไหลผ่านตัวนำ

ค่าของ μ a ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง เรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ของตัวกลาง

เพื่อความว่างเปล่า การซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์มีค่าต่ำสุด และเป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดให้มีค่าเป็น μ 0 และเรียกค่านี้ว่าค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ของความว่างเปล่า

1 ชม. = 1 โอห์ม⋅วินาที

อัตราส่วน μ a / μ 0 แสดงให้เห็นว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของตัวกลางที่กำหนดนั้นมากกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของโมฆะกี่ครั้ง เรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ และเขียนแทนด้วยตัวอักษร μ

ในระบบหน่วยสากล (SI) ยอมรับหน่วยการวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B - เทสลาหรือเวเบอร์ต่อตารางเมตร (t, wb / m 2)

ในทางวิศวกรรม การเหนี่ยวนำแม่เหล็กมักจะวัดเป็นเกาส์ (เกาส์): 1 t = 10 4 เกาส์

หากเวคเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีขนาดเท่ากันและขนานกันที่จุดทุกจุดของสนามแม่เหล็ก สนามดังกล่าวจะเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกัน

ผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และขนาดของพื้นที่ S ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางของสนาม (เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) เรียกว่าฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือเพียงแค่ฟลักซ์แม่เหล็กและเขียนแทนด้วยตัวอักษร Φ ( มะเดื่อ 74):

ในระบบสากล หน่วยวัดของฟลักซ์แม่เหล็กคือ เวเบอร์ (wb)

ในการคำนวณทางวิศวกรรม ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็นแมกซ์เวลล์ (µs):

1 wb \u003d 10 8 μs

เมื่อคำนวณสนามแม่เหล็กจะใช้ปริมาณที่เรียกว่าความแรงของสนามแม่เหล็ก (แสดงเป็น H) การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และความแรงของสนามแม่เหล็ก H สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์

หน่วยวัดความแรงของสนามแม่เหล็ก H คือแอมแปร์ต่อเมตร (a/m)

ความแรงของสนามแม่เหล็กในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน รวมถึงการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับขนาดของกระแส จำนวนและรูปร่างของตัวนำที่กระแสไหลผ่าน แต่แตกต่างจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็กไม่คำนึงถึงอิทธิพลของคุณสมบัติแม่เหล็กของตัวกลาง

หัวข้อของตัวแปลงรหัส USE: อันตรกิริยาของแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของตัวนำกับกระแส

คุณสมบัติของแม่เหล็กของสสารเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วสำหรับมนุษย์มาเป็นเวลานาน แม่เหล็กได้ชื่อมาจากเมืองโบราณของแมกนีเซีย: แร่ (ภายหลังเรียกว่าแร่เหล็กแม่เหล็กหรือแมกนีไทต์) แพร่หลายในบริเวณใกล้เคียงซึ่งชิ้นส่วนเหล่านี้ดึงดูดวัตถุเหล็ก

ปฏิกิริยาของแม่เหล็ก

แม่เหล็กแต่ละด้านอยู่ 2 ด้าน ขั้วโลกเหนือและ ขั้วโลกใต้. แม่เหล็กสองตัวถูกดึงดูดเข้าหากันโดยขั้วตรงข้ามและผลักกันเหมือนขั้ว แม่เหล็กสามารถทำหน้าที่ซึ่งกันและกันได้แม้ผ่านสุญญากาศ! ทั้งหมดนี้ชวนให้นึกถึงปฏิกิริยาของประจุไฟฟ้าอย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาของแม่เหล็กไม่ใช่ไฟฟ้า. นี่คือหลักฐานจากข้อเท็จจริงการทดลองต่อไปนี้

แรงแม่เหล็กจะอ่อนตัวลงเมื่อแม่เหล็กถูกทำให้ร้อน ความแรงของปฏิกิริยาของประจุจุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

แรงแม่เหล็กจะอ่อนลงโดยการเขย่าแม่เหล็ก ไม่มีอะไรคล้ายกันเกิดขึ้นกับร่างกายที่มีประจุไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้าที่เป็นบวกสามารถแยกออกจากประจุลบได้ (เช่น เมื่อร่างกายถูกทำให้เป็นไฟฟ้า) แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกขั้วของแม่เหล็ก: ถ้าคุณตัดแม่เหล็กออกเป็นสองส่วน ขั้วก็ปรากฏขึ้นที่จุดตัดด้วย และแม่เหล็กจะแตกออกเป็นแม่เหล็กสองอันที่มีขั้วตรงข้ามกันที่ปลาย (เน้นเหมือนกันทุกประการ แบบขั้วแม่เหล็กเดิม)

ดังนั้นแม่เหล็ก เสมอไบโพลาร์มีอยู่ในรูปเท่านั้น ไดโพล. ขั้วแม่เหล็กแยก (เรียกว่า โมโนโพลแม่เหล็ก- ไม่มีแอนะล็อกของประจุไฟฟ้า) ในธรรมชาติ (ในกรณีใด ๆ พวกเขายังไม่ได้รับการตรวจพบจากการทดลอง) นี่อาจเป็นความไม่สมมาตรที่น่าประทับใจที่สุดระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก

เช่นเดียวกับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า แม่เหล็กจะทำหน้าที่เกี่ยวกับประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตามแม่เหล็กจะทำงานเฉพาะกับ ย้ายค่าใช้จ่าย; หากประจุหยุดนิ่งเมื่อเทียบกับแม่เหล็ก จะไม่มีแรงแม่เหล็กกระทำต่อประจุ ในทางตรงกันข้าม ร่างกายที่ใช้ไฟฟ้าจะทำหน้าที่เกี่ยวกับประจุใดๆ ไม่ว่าจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนไหวก็ตาม

ตามแนวคิดสมัยใหม่ของทฤษฎีการกระทำระยะสั้น ปฏิกิริยาของแม่เหล็กจะดำเนินการผ่าน สนามแม่เหล็กกล่าวคือแม่เหล็กสร้างสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบซึ่งทำหน้าที่กับแม่เหล็กอื่นและทำให้เกิดแรงดึงดูดหรือแรงผลักที่มองเห็นได้ของแม่เหล็กเหล่านี้

ตัวอย่างของแม่เหล็กคือ เข็มแม่เหล็กเข็มทิศ. ด้วยความช่วยเหลือของเข็มแม่เหล็ก เราสามารถตัดสินการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ที่กำหนดของพื้นที่ เช่นเดียวกับทิศทางของสนาม

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดยักษ์ ไม่ไกลจากขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์ของโลกคือขั้วแม่เหล็กใต้ ดังนั้นปลายด้านเหนือของเข็มทิศหันไปทางขั้วแม่เหล็กใต้ของโลกชี้ไปทางทิศเหนือทางภูมิศาสตร์ ดังนั้น อันที่จริง ชื่อ "ขั้วเหนือ" ของแม่เหล็กจึงเกิดขึ้น

เส้นสนามแม่เหล็ก

เราจำได้ว่าสนามไฟฟ้าได้รับการตรวจสอบโดยใช้ประจุทดสอบขนาดเล็กโดยการกระทำที่สามารถตัดสินขนาดและทิศทางของสนามได้ อะนาล็อกของประจุทดสอบในกรณีของสนามแม่เหล็กคือเข็มแม่เหล็กขนาดเล็ก

ตัวอย่างเช่น คุณสามารถรับแนวคิดทางเรขาคณิตของสนามแม่เหล็กโดยการวางเข็มเข็มทิศขนาดเล็กมากที่จุดต่างๆ ในอวกาศ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าลูกศรจะเรียงกันเป็นแถว - ที่เรียกว่า เส้นสนามแม่เหล็ก. ให้เรากำหนดแนวคิดนี้ในรูปแบบของสามย่อหน้าต่อไปนี้

1. เส้นสนามแม่เหล็กหรือเส้นแรงแม่เหล็กเป็นเส้นตรงในอวกาศที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: เข็มเข็มทิศขนาดเล็กที่วางอยู่ที่แต่ละจุดของเส้นดังกล่าวจะถูกวางในแนวสัมผัสกับเส้นนี้.

2. ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กคือทิศทางของปลายด้านเหนือของเข็มทิศซึ่งอยู่ที่จุดของเส้นนี้.

3. ยิ่งเส้นหนาขึ้นเท่าใด สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด.

บทบาทของเข็มเข็มทิศสามารถทำได้สำเร็จโดยการตะไบเหล็ก: ในสนามแม่เหล็ก ตะไบเล็ก ๆ จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและมีพฤติกรรมเหมือนกับเข็มแม่เหล็ก

ดังนั้น เมื่อเทตะไบเหล็กรอบๆ แม่เหล็กถาวร เราจะเห็นภาพเส้นสนามแม่เหล็กโดยประมาณต่อไปนี้ (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. สนามแม่เหล็กถาวร

ขั้วเหนือของแม่เหล็กแสดงเป็นสีน้ำเงินและตัวอักษร ; ขั้วโลกใต้ - สีแดงและตัวอักษร . โปรดทราบว่าเส้นสนามออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กและเข้าสู่ขั้วใต้ เนื่องจากเส้นจะชี้ไปที่ขั้วใต้ของแม่เหล็กที่ปลายด้านเหนือของเข็มทิศจะชี้

ประสบการณ์ของ Oersted

แม้ว่ามนุษย์จะรู้จักปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ก็ไม่มีการสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาเป็นเวลานาน เป็นเวลาหลายศตวรรษ การวิจัยเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กดำเนินไปแบบคู่ขนานและเป็นอิสระจากกัน

ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กนั้นสัมพันธ์กันจริง ๆ ถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2363 ในการทดลองที่มีชื่อเสียงของเออร์สเต็ด

แบบแผนของการทดลองของ Oersted แสดงในรูปที่ 2 (ภาพจาก rt.mipt.ru) เหนือเข็มแม่เหล็ก (และ - ขั้วเหนือและใต้ของลูกศร) เป็นตัวนำโลหะที่เชื่อมต่อกับแหล่งกระแส หากคุณปิดวงจร ลูกศรจะเปลี่ยนตั้งฉากกับตัวนำ!
การทดลองง่ายๆ นี้ชี้ตรงถึงความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก การทดลองที่ทำตามประสบการณ์ของ Oersted ได้สร้างรูปแบบต่อไปนี้อย่างแน่นหนา: สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าและกระทำต่อกระแส.

ข้าว. 2. การทดลองของ Oersted

รูปภาพของเส้นสนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวนำที่มีกระแสขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ

สนามแม่เหล็กของเส้นลวดตรงที่มีกระแส

เส้นสนามแม่เหล็กของเส้นลวดที่มีกระแสเป็นเส้นตรงเป็นวงกลมที่มีจุดศูนย์กลาง จุดศูนย์กลางของวงกลมเหล่านี้อยู่บนเส้นลวด และระนาบของวงกลมเหล่านี้ตั้งฉากกับเส้นลวด (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. สนามของสายตรงที่มีกระแส

มีกฎทางเลือกสองข้อในการกำหนดทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กกระแสตรง

กฎเข็มชั่วโมง. เมื่อดูเส้นสนามทวนเข็มนาฬิกาเพื่อให้กระแสไหลเข้าหาเรา.

กฎสกรู(หรือ กฎของกิมเล็ต, หรือ กฎเหล็กไขจุก- มันใกล้ชิดกับใครบางคน ;-)) เส้นสนามไปที่ที่ต้องหมุนสกรู (ที่มีเกลียวขวาแบบธรรมดา) เพื่อเคลื่อนไปตามเกลียวในทิศทางของกระแส.

ใช้กฎใดก็ได้ที่เหมาะกับคุณที่สุด ดีกว่าที่จะทำความคุ้นเคยกับกฎตามเข็มนาฬิกา - คุณจะเห็นเองในภายหลังว่ามันเป็นสากลมากขึ้นและใช้งานง่ายขึ้น (แล้วจำไว้ด้วยความกตัญญูในปีแรกของคุณเมื่อคุณศึกษาเรขาคณิตวิเคราะห์)

ในรูป 3 สิ่งใหม่ก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน นี่คือเวกเตอร์ที่เรียกว่า การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก, หรือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก. เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นอะนาล็อกของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า: มันทำหน้าที่ ลักษณะอำนาจสนามแม่เหล็ก กำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุที่เคลื่อนที่

เราจะพูดถึงแรงในสนามแม่เหล็กในภายหลัง แต่ตอนนี้เราจะทราบเพียงว่าขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กนั้นถูกกำหนดโดยเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในแต่ละจุดในอวกาศ เวกเตอร์จะพุ่งไปในทิศทางเดียวกับปลายด้านเหนือของเข็มทิศที่วางไว้ ณ จุดนี้ กล่าวคือ สัมผัสกับเส้นสนามในทิศทางของเส้นนี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กวัดเป็น teslach(ทล.).

ในกรณีของสนามไฟฟ้า สำหรับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก หลักการทับซ้อน. มันอยู่ในความจริงที่ว่า การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น ณ จุดที่กำหนดโดยกระแสต่าง ๆ จะถูกเพิ่มด้วยเวกเตอร์และให้เวกเตอร์ที่เป็นผลลัพธ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:.

สนามแม่เหล็กของขดลวดที่มีกระแส

พิจารณาขดลวดทรงกลมที่กระแสตรงไหลผ่าน เราไม่แสดงที่มาที่สร้างกระแสในรูป

รูปภาพของเส้นสนามของตาเราจะมีรูปแบบโดยประมาณดังต่อไปนี้ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. สนามของขดลวดกับกระแส

เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเราที่จะสามารถกำหนดได้ว่าสนามแม่เหล็กมุ่งตรงไปยังพื้นที่ครึ่งหนึ่ง (เทียบกับระนาบของขดลวด) อีกครั้งเรามีกฎทางเลือกสองข้อ

กฎเข็มชั่วโมง. เส้นสนามไปที่นั่นโดยมองจากที่ที่กระแสดูเหมือนจะหมุนเวียนทวนเข็มนาฬิกา.

กฎสกรู. เส้นสนามจะไปที่ที่สกรู (ที่มีเกลียวขวาแบบธรรมดา) จะเคลื่อนที่หากหมุนไปในทิศทางของกระแส.

อย่างที่คุณเห็น บทบาทของกระแสและภาคสนามจะกลับกัน - เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรของกฎเหล่านี้สำหรับกรณีของกระแสตรง

สนามแม่เหล็กของขดลวดที่มีกระแส

ม้วนจะกลายเป็นถ้าแน่นขดเป็นม้วนให้ม้วนลวดเป็นเกลียวยาวพอสมควร (รูปที่ 5 - รูปภาพจากเว็บไซต์ en.wikipedia.org) ขดลวดอาจมีหลายสิบ หลายร้อย หรือหลายพันรอบ ขดลวดเรียกอีกอย่างว่า โซลินอยด์.

ข้าว. 5. คอยล์ (โซลินอยด์)

อย่างที่เราทราบสนามแม่เหล็กของการหมุนครั้งเดียวนั้นดูไม่ง่ายนัก ฟิลด์? การหมุนของขดลวดแต่ละอันซ้อนทับกันและดูเหมือนว่าผลลัพธ์ควรเป็นภาพที่สับสนมาก อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณี: สนามของขดลวดยาวมีโครงสร้างที่เรียบง่ายอย่างไม่คาดคิด (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. สนามคอยล์กับกระแส

ในรูปนี้ กระแสในขดลวดจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาเมื่อมองจากด้านซ้าย (ซึ่งจะเกิดขึ้นหากในรูปที่ 5 ปลายด้านขวาของขดลวดเชื่อมต่อกับ "บวก" ของแหล่งกำเนิดกระแส และปลายด้านซ้ายเป็น "ลบ") เราจะเห็นว่าสนามแม่เหล็กของขดลวดมีคุณสมบัติเฉพาะสองประการ

1. ภายในขดลวดห่างจากขอบสนามแม่เหล็กคือ เป็นเนื้อเดียวกัน: ในแต่ละจุด เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีขนาดและทิศทางเท่ากัน เส้นสนามเป็นเส้นตรงขนานกัน พวกเขาโค้งงอเฉพาะใกล้ขอบของขดลวดเมื่อออกไป

2. นอกคอยล์ สนามใกล้ศูนย์ ยิ่งขดลวดหมุนมากเท่าไร สนามภายนอกก็ยิ่งอ่อนลงเท่านั้น

โปรดทราบว่าขดลวดที่ยาวเป็นอนันต์ไม่ปล่อยสนามเลย: ไม่มีสนามแม่เหล็กนอกขดลวด ภายในขดลวดดังกล่าวสนามมีความสม่ำเสมอทุกหนทุกแห่ง

มันไม่ทำให้คุณนึกถึงอะไรเหรอ? ขดลวดเป็นคู่ขนาน "แม่เหล็ก" ของตัวเก็บประจุ คุณจำได้ว่าตัวเก็บประจุสร้างสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอภายในตัวมันเองซึ่งเป็นเส้นที่โค้งใกล้กับขอบของแผ่นเปลือกโลกเท่านั้นและนอกตัวเก็บประจุสนามนั้นอยู่ใกล้กับศูนย์ ตัวเก็บประจุที่มีเพลตอนันต์ไม่ปล่อยสนามเลย และสนามจะมีความสม่ำเสมอในทุกที่ที่อยู่ภายใน

และตอนนี้ - ข้อสังเกตหลัก โปรดเปรียบเทียบรูปภาพของเส้นสนามแม่เหล็กภายนอกขดลวด (รูปที่ 6) กับเส้นสนามของแม่เหล็กในรูปที่ หนึ่ง . มันก็เหมือนกันไม่ใช่เหรอ? และตอนนี้เรามาถึงคำถามที่คุณอาจมีมานานแล้ว: ถ้าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสและกระทำกับกระแส แล้วอะไรคือสาเหตุของการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กใกล้กับแม่เหล็กถาวร ท้ายที่สุดแล้ว แม่เหล็กนี้ดูเหมือนจะไม่ใช่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า!

สมมติฐานของแอมแปร์ กระแสน้ำเบื้องต้น

ในตอนแรก คิดว่าปฏิกิริยาของแม่เหล็กเกิดจากประจุแม่เหล็กพิเศษที่กระจุกตัวที่ขั้ว แต่ต่างจากไฟฟ้า ไม่มีใครสามารถแยกประจุแม่เหล็กได้ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ออกจากกัน - ขั้วนั้นมักมีอยู่ในแม่เหล็กเป็นคู่

ประสบการณ์ของ Oersted ทำให้เกิดความสงสัยเกี่ยวกับประจุแม่เหล็กมากขึ้น เมื่อปรากฎว่าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้น ปรากฎว่าสำหรับแม่เหล็กใดๆ คุณสามารถเลือกตัวนำที่มีกระแสของการกำหนดค่าที่เหมาะสมได้ ดังนั้นสนามของตัวนำนี้จึงเกิดขึ้นพร้อมกับสนามแม่เหล็ก

แอมแปร์หยิบยกสมมติฐานที่เป็นตัวหนา ไม่มีประจุแม่เหล็ก การกระทำของแม่เหล็กอธิบายได้ด้วยกระแสไฟฟ้าที่ปิดอยู่ภายใน.

กระแสเหล่านี้คืออะไร? เหล่านี้ กระแสน้ำเบื้องต้นหมุนเวียนภายในอะตอมและโมเลกุล เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอม สนามแม่เหล็กของวัตถุใด ๆ ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กของกระแสพื้นฐานเหล่านี้

กระแสน้ำเบื้องต้นสามารถสุ่มหาตำแหน่งที่สัมพันธ์กัน จากนั้นสนามของพวกมันจะหักล้างกันและร่างกายก็ไม่แสดงคุณสมบัติของแม่เหล็ก

แต่ถ้ากระแสน้ำพื้นฐานประสานกัน ทุ่งของพวกมัน รวมกันแล้วเสริมกำลังซึ่งกันและกัน ร่างกายกลายเป็นแม่เหล็ก (รูปที่ 7 สนามแม่เหล็กจะพุ่งเข้าหาเรา ขั้วเหนือของแม่เหล็กจะพุ่งเข้าหาเราด้วย)

ข้าว. 7. กระแสแม่เหล็กเบื้องต้น

สมมติฐานของ Ampere เกี่ยวกับกระแสเบื้องต้นทำให้คุณสมบัติของแม่เหล็กกระจ่างขึ้น การให้ความร้อนและการเขย่าแม่เหล็กจะทำลายการจัดเรียงของกระแสเบื้องต้นและคุณสมบัติของแม่เหล็กก็อ่อนลง ขั้วแม่เหล็กที่แยกออกไม่ได้นั้นชัดเจน: ตรงจุดที่แม่เหล็กถูกตัด เราจะได้กระแสเบื้องต้นเหมือนกันที่ปลาย ความสามารถของวัตถุที่จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กนั้นอธิบายได้จากการจัดแนวประสานของกระแสเบื้องต้นที่ "หมุน" อย่างถูกต้อง (อ่านเกี่ยวกับการหมุนของกระแสวงกลมในสนามแม่เหล็กในแผ่นถัดไป)

สมมติฐานของ Ampere นั้นถูกต้อง - สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยการพัฒนาฟิสิกส์เพิ่มเติม แนวความคิดเกี่ยวกับกระแสน้ำเบื้องต้นได้กลายเป็นส่วนสำคัญของทฤษฎีอะตอม ซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 20 เกือบร้อยปีหลังจากการคาดเดาอันยอดเยี่ยมของ Ampère

กระแสไฟฟ้าในตัวนำสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ กระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นสองส่วนที่แยกออกไม่ได้ของกระบวนการทางกายภาพเดียว ในที่สุดสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรก็ถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าระดับโมเลกุลที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรและการหมุนรอบแกนของพวกมัน

สนามแม่เหล็กของตัวนำและทิศทางของเส้นแรงสามารถกำหนดได้โดยใช้เข็มแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็กของตัวนำเป็นเส้นตรงอยู่ในรูปของวงกลมศูนย์กลางที่อยู่ในระนาบตั้งฉากกับตัวนำ ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำ หากกระแสในตัวนำมาจากผู้สังเกต เส้นแรงจะถูกชี้ตามเข็มนาฬิกา

การพึ่งพาทิศทางของสนามกับทิศทางของกระแสจะถูกกำหนดโดยกฎของวงแหวน: ถ้าการเคลื่อนที่เชิงแปลของวงแหวนรอบทิศทางตรงกับทิศทางของกระแสในตัวนำทิศทางของการหมุนของที่จับจะตรงกับ ทิศทางของเส้นแม่เหล็ก

กฎกิมเล็ตยังสามารถใช้เพื่อกำหนดทิศทางของสนามแม่เหล็กในขดลวด แต่ในสูตรต่อไปนี้: หากทิศทางการหมุนของด้ามจับของวงแหวนรวมกับทิศทางของกระแสในการหมุนของขดลวด การเคลื่อนที่เชิงแปลของวงแหวนจะแสดงทิศทางของเส้นสนามของแรงภายในขดลวด (รูปที่ 4.4 ).

ภายในขดลวดเส้นเหล่านี้ลากจากขั้วใต้ไปทางทิศเหนือและด้านนอก - จากเหนือไปใต้

กฎ Gimlet ยังสามารถนำมาใช้ในการกำหนดทิศทางของกระแสได้หากทราบทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก

ตัวนำพากระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กจะมีแรงเท่ากับ

F = I L B บาป

ผม - ความแรงของกระแสในตัวนำ; B คือโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก L คือความยาวของตัวนำในสนามแม่เหล็ก  - มุมระหว่างเวกเตอร์สนามแม่เหล็กกับทิศทางของกระแสในตัวนำ

แรงที่กระทำต่อตัวนำกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กเรียกว่าแรงแอมแปร์

แรงสูงสุดของแอมแปร์คือ:

F = I L B

ทิศทางของแรงแอมแปร์ถูกกำหนดโดยกฎของมือซ้าย: หากมือซ้ายอยู่ในตำแหน่งที่องค์ประกอบตั้งฉากของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เข้าสู่ฝ่ามือ และนิ้วที่ยื่นออกไปสี่นิ้วชี้ไปในทิศทางของกระแส จากนั้นนิ้วโป้งงอ 90 องศาจะแสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อตัวนำของเซกเมนต์ด้วยกระแส นั่นคือ แรงแอมแปร์

ถ้า และ อยู่ในระนาบเดียวกัน ดังนั้น มุมระหว่าง และ จึงเป็นเส้นตรง ดังนั้น จากนั้นแรงที่กระทำต่อองค์ประกอบปัจจุบัน

(แน่นอนว่าแรงเดียวกันจะกระทำต่อตัวนำที่สองจากด้านข้างของตัวนำตัวแรก)

แรงที่ได้จะเท่ากับหนึ่งในแรงเหล่านี้ หากตัวนำทั้งสองนี้กระทำต่อส่วนที่สาม สนามแม่เหล็กของพวกมันจะต้องถูกเติมด้วยเวกเตอร์

วงจรที่มีกระแสในสนามแม่เหล็ก

ข้าว. 4.13

ให้เฟรมที่มีกระแสอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ (รูปที่ 4.13) จากนั้นแรงแอมแปร์ที่กระทำที่ด้านข้างของเฟรมจะสร้างแรงบิดซึ่งมีขนาดเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของกระแสในเฟรม พื้นที่ สและขึ้นอยู่กับมุม a ระหว่างเวกเตอร์กับเส้นตั้งฉากกับพื้นที่:

ทิศทางของเส้นตั้งฉากจะถูกเลือกเพื่อให้สกรูขวาเคลื่อนที่ไปในทิศทางปกติเมื่อหมุนไปตามทิศทางของกระแสในวง

ค่าสูงสุดของแรงบิดคือเมื่อติดตั้งเฟรมในแนวตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก:

นิพจน์นี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดความเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก:

ค่าที่เท่ากับผลคูณเรียกว่าโมเมนต์แม่เหล็กของวงจร R t. โมเมนต์แม่เหล็กเป็นเวกเตอร์ที่มีทิศทางตรงกับทิศทางของเส้นตั้งฉากกับเส้นชั้นความสูง จากนั้นสามารถเขียนแรงบิดได้

ที่มุม a = 0 แรงบิดเป็นศูนย์ ค่าของแรงบิดขึ้นอยู่กับพื้นที่ของรูปร่าง แต่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของมัน ดังนั้นวงจรปิดใด ๆ ที่กระแสตรงไหลอยู่ภายใต้แรงบิด เอ็มซึ่งหมุนเพื่อให้เวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็กขนานกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก