En speciell form av existensen av materia - jordens magnetfält bidrog till livets uppkomst och bevarande. Fragment av detta fält, bitar av malm, lockande järn, led elektricitet till mänsklighetens tjänst. Utan elektricitet skulle överlevnad vara otänkbar.
Innehåll
Vad är linjer för magnetisk induktion
Magnetfältet bestäms av styrkan vid varje punkt i dess rymd. Kurvor som förenar fältpunkter med lika stor styrka kallas linjer för magnetisk induktion. Magnetfältets styrka vid en viss punkt är en effektkarakteristik, och för att utvärdera den används magnetfältsvektorn B. Dess riktning vid en viss punkt på den magnetiska induktionslinjen sker tangentiellt till den.
Om en punkt i rymden påverkas av flera magnetfält, så bestäms intensiteten genom att summera de magnetiska induktionsvektorerna för varje verkande magnetfält. I detta fall summeras intensiteten vid en viss punkt i absolut värde, och den magnetiska induktionsvektorn definieras som summan av vektorerna för alla magnetfält.
Trots det faktum att magnetinduktionslinjerna är osynliga har de vissa egenskaper:
- Det är allmänt accepterat att magnetfältslinjerna går ut vid polen (N) och återvänder från (S).
- Riktningen för den magnetiska induktionsvektorn är tangentiell till linjen.
- Trots den komplexa formen, korsar kurvorna inte och stänger sig nödvändigtvis.
- Magnetfältet inuti magneten är enhetligt och linjedensiteten är maximal.
- Endast en linje av magnetisk induktion passerar genom fältpunkten.
Riktningen för linjerna för magnetisk induktion inuti en permanentmagnet
Historiskt sett, på många platser på jorden, har den naturliga kvaliteten hos vissa stenar för att locka till sig järnprodukter länge uppmärksammats. Med tiden, i det forntida Kina, förvandlades pilar på ett visst sätt från bitar av järnmalm (magnetisk järnmalm) till kompasser, som visar riktningen till jordens norra och sydliga poler och låter dig navigera i terrängen.
Studier av detta naturfenomen har bestämt att en starkare magnetisk egenskap varar längre i järnlegeringar. Svagare naturliga magneter är malmer som innehåller nickel eller kobolt. I processen att studera elektricitet lärde sig forskare hur man får konstgjorda magnetiserade produkter från legeringar som innehåller järn, nickel eller kobolt.För att göra detta introducerades de i ett magnetfält som skapats av likström, och vid behov avmagnetiserades de med växelström.
Produkter som magnetiseras under naturliga förhållanden eller erhålls på konstgjord väg har två olika poler - de platser där magnetismen är mest koncentrerad. Magneter interagerar med varandra med hjälp av ett magnetfält så att lika poler stöter bort och olika poler attraherar. Detta genererar vridmoment för deras orientering i rymden av starkare fält, såsom jordens fält.
En visuell representation av växelverkan mellan svagt magnetiserade element och en stark magnet ger den klassiska upplevelsen med stålspån utspridda på kartong och en platt magnet under. Speciellt om sågspånet är avlångt syns tydligt hur de radar upp sig längs magnetfältslinjerna. Genom att ändra magnetens position under kartongen observeras en förändring i konfigurationen av deras bild. Användningen av kompasser i detta experiment förstärker ytterligare effekten av att förstå strukturen av magnetfältet.
En av egenskaperna hos magnetiska kraftlinjer, upptäckt av M. Faraday, antyder att de är slutna och kontinuerliga. Linjer som kommer ut från nordpolen på en permanentmagnet kommer in i sydpolen. Men inuti magneten öppnar de sig inte och går in från sydpolen till norr. Antalet linjer inuti produkten är maximalt, magnetfältet är enhetligt och induktionen kan försvagas när den avmagnetiseras.
Bestämma riktningen för den magnetiska induktionsvektorn med hjälp av gimlet-regeln
I början av 1800-talet upptäckte forskare att ett magnetfält skapas runt en ledare med ström som flyter genom den. De resulterande kraftlinjerna beter sig enligt samma regler som med en naturlig magnet.Dessutom tjänade interaktionen av det elektriska fältet hos en ledare med ström och magnetfält som grunden för elektromagnetisk dynamik.
Genom att förstå orienteringen i rymden av krafter i samverkande fält kan vi beräkna de axiella vektorerna:
- magnetisk induktion;
- Induktionsströmmens storlek och riktning;
- Vinkelhastighet.
En sådan förståelse formulerades i gimletregeln.
Genom att kombinera den högra gimlets translationsrörelse med strömriktningen i ledaren får vi riktningen för magnetfältslinjerna, vilket indikeras av handtagets rotation.
Gimletregeln i elektroteknik är inte en fysiklag och används för att inte bara bestämma riktningen för magnetfältslinjerna beroende på strömvektorn i ledaren, utan också vice versa för att bestämma riktningen för strömmen i solenoidtrådarna på grund av de magnetiska induktionsledningarnas rotation.
Att förstå detta förhållande tillät Ampère att underbygga lagen om roterande fält, vilket ledde till skapandet av elektriska motorer med olika principer. All infällbar utrustning som använder induktorer följer gimlet-regeln.
Högerhandsregel
Att bestämma riktningen för en ström som rör sig i ett magnetfält hos en ledare (ena sidan av en sluten slinga av ledare) visar tydligt högerhandsregeln.
Det står att den högra handflatan, vriden till N-polen (fältlinjer kommer in i handflatan), och tummen avböjd 90 grader visar ledarens rörelseriktning, sedan i en sluten krets (spole) inducerar magnetfältet en elektrisk ström , vars rörelsevektor fyra fingrar pekar.
Denna regel visar hur DC-generatorer ursprungligen såg ut. En viss naturkraft (vatten, vind) roterade en sluten krets av ledare i ett magnetfält och genererade elektricitet. Sedan omvandlade motorerna, efter att ha fått en elektrisk ström i ett konstant magnetfält, den till en mekanisk rörelse.
Högerhandsregeln gäller även för induktorer. Rörelsen av den magnetiska kärnan inuti dem leder till uppkomsten av induktionsströmmar.
Om de fyra fingrarna på höger hand är i linje med strömriktningen i spolens varv, kommer tummen som avviker med 90 grader att peka mot nordpolen.
Reglerna för gimlet och höger hand visar framgångsrikt samspelet mellan elektriska och magnetiska fält. De gör det möjligt att förstå driften av olika enheter inom elektroteknik för nästan alla, inte bara forskare.
Liknande artiklar:
