میدان مغناطیسی و خواص آن

میدان مغناطیسی شکل خاصی از ماده است که توسط آهنرباها، رساناهایی با جریان (ذرات باردار متحرک) ایجاد می شود و می توان آن را با برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داد.

تجربه ارستد

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود.

یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، هنگامی که جریان در هادی روشن می شود، از یک زاویه خاص می چرخد. هنگامی که مدار باز می شود، فلش به موقعیت اصلی خود باز می گردد.

از تجربه G. Oersted چنین بر می آید که یک میدان مغناطیسی در اطراف این هادی وجود دارد.

تجربه آمپر
دو هادی موازی که جریان الکتریکی از طریق آنها جریان می یابد با یکدیگر تعامل دارند: اگر جریان ها در یک جهت باشند جذب می شوند و اگر جریان ها در جهت مخالف باشند دفع می کنند. این به دلیل برهمکنش میدان های مغناطیسی ایجاد شده در اطراف هادی ها رخ می دهد.

خواص میدان مغناطیسی

1. از نظر مادی، یعنی. مستقل از ما و دانش ما در مورد آن وجود دارد.

2. ایجاد شده توسط آهنربا، هادی با جریان (ذرات باردار متحرک)

3. توسط برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داده می شود.

4. روی آهنرباها، هادی های حامل جریان (ذرات باردار متحرک) با مقداری نیرو عمل می کند.

5. هیچ بار مغناطیسی در طبیعت وجود ندارد. نمی توان قطب شمال و جنوب را از هم جدا کرد و با یک قطب بدن به دست آورد.

6. دلیل اینکه اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط دانشمند فرانسوی Ampere کشف شد. آمپر این نتیجه را مطرح کرد که خواص مغناطیسی هر جسمی توسط جریان های الکتریکی بسته درون آن تعیین می شود.

این جریان ها نشان دهنده حرکت الکترون ها در اطراف مدارهای یک اتم است.

اگر صفحاتی که این جریان ها در آنها گردش می کنند به دلیل حرکت حرارتی مولکول های تشکیل دهنده بدن به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار گیرند، آنگاه برهم کنش آنها متقابلاً جبران می شود و بدن هیچ خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد.

و بالعکس: اگر صفحاتی که الکترونها در آنها می چرخند موازی یکدیگر باشند و جهات نرمال به این صفحات منطبق باشد، چنین موادی میدان مغناطیسی خارجی را تقویت می کنند.

7. نیروهای مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی در جهات خاصی عمل می کنند که به آنها خطوط مغناطیسی نیرو می گویند. با کمک آنها می توانید میدان مغناطیسی را در یک مورد خاص به راحتی و به وضوح نشان دهید.

برای نشان دادن دقیق تر میدان مغناطیسی، توافق شد که در مکان هایی که میدان قوی تر است، خطوط میدان متراکم تر نشان داده شوند، یعنی. به هم نزدیک تر و بالعکس، در جاهایی که میدان ضعیف تر است، خطوط میدان کمتری نشان داده می شود، یعنی. کمتر واقع شده است.

8. میدان مغناطیسی با بردار القای مغناطیسی مشخص می شود.

بردار القای مغناطیسی یک کمیت برداری است که میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

جهت بردار القای مغناطیسی با جهت قطب شمال سوزن مغناطیسی آزاد در یک نقطه معین منطبق است.

جهت بردار القایی میدان و قدرت جریان I با "قاعده پیچ راست (گیملت)" مرتبط است:

اگر یک گیره را در جهت جریان در هادی پیچ کنید، جهت سرعت حرکت انتهای دسته آن در یک نقطه معین با جهت بردار القای مغناطیسی در این نقطه مطابقت دارد.

/ میدان مغناطیسی

موضوع: میدان مغناطیسی

تهیه شده توسط: Baygarashev D.M.

بررسی شده توسط: Gabdullina A.T.

یک میدان مغناطیسی

اگر دو هادی موازی به یک منبع جریان متصل شوند تا جریان الکتریکی از آنها بگذرد، بسته به جهت جریان در آنها، هادی ها یا دفع می شوند یا جذب می شوند.

توضیح این پدیده از موقعیت ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف رساناها - میدان مغناطیسی - امکان پذیر است.

نیروهایی که هادی های حامل جریان با آنها برهم کنش می کنند نامیده می شوند مغناطیسی.

یک میدان مغناطیسی- این نوع خاصی از ماده است که ویژگی خاص آن تأثیر بر بار الکتریکی متحرک، هادی های حامل جریان، اجسام با گشتاور مغناطیسی، با نیروی بسته به بردار سرعت بار، جهت جریان در هادی و جهت گشتاور مغناطیسی بدن.

تاریخچه مغناطیس به دوران باستان، به تمدن های باستانی آسیای صغیر باز می گردد. در قلمرو آسیای صغیر در منیزیا بود که سنگ هایی پیدا شد که نمونه هایی از آنها به یکدیگر جذب شدند. بر اساس نام منطقه، چنین نمونه هایی شروع به "آهن ربا" نامیده می شوند. هر میله یا آهنربای نعل اسبی دو سر دارد که قطب نامیده می شود. در این مکان است که خواص مغناطیسی آن بیشتر آشکار است. اگر آهن ربا را به ریسمانی آویزان کنید، یک قطب همیشه به سمت شمال است. قطب نما بر این اصل استوار است. قطب شمال آهنربای آویزان آزاد، قطب شمال آهنربا (N) نامیده می شود. قطب مقابل را قطب جنوب (S) می نامند.

قطب های مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند: مانند قطب ها دفع می کنند و برخلاف قطب ها جذب می شوند. مشابه مفهوم میدان الکتریکی احاطه کننده بار الکتریکی، مفهوم میدان مغناطیسی اطراف آهنربا معرفی شده است.

در سال 1820، اورستد (1851-1777) کشف کرد که یک سوزن مغناطیسی که در کنار هادی الکتریکی قرار دارد، هنگامی که جریان از طریق هادی عبور می کند، منحرف می شود، یعنی یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی حامل جریان ایجاد می شود. اگر یک قاب را با جریان بگیریم، میدان مغناطیسی خارجی با میدان مغناطیسی قاب تعامل می‌کند و روی آن اثر جهت‌دهنده می‌گذارد، یعنی موقعیتی از قاب وجود دارد که میدان مغناطیسی خارجی حداکثر اثر چرخشی را روی آن دارد. ، و موقعیتی وجود دارد که نیروی گشتاور صفر باشد.

میدان مغناطیسی در هر نقطه را می توان با بردار B مشخص کرد که نامیده می شود بردار القای مغناطیسییا القای مغناطیسیدر نقطه

القای مغناطیسی B یک کمیت فیزیکی برداری است که یک نیروی مشخصه میدان مغناطیسی در یک نقطه است. برابر است با نسبت حداکثر گشتاور مکانیکی نیروهای وارد بر یک قاب با جریان قرار گرفته در یک میدان یکنواخت به حاصل ضرب قدرت جریان در قاب و مساحت آن:

جهت بردار القای مغناطیسی B را جهت نرمال مثبت به قاب می گیرند که با قانون پیچ سمت راست با گشتاور مکانیکی برابر با صفر به جریان موجود در قاب مربوط می شود.

همانطور که خطوط شدت میدان الکتریکی به تصویر کشیده شد، خطوط القای میدان مغناطیسی نیز به تصویر کشیده می شوند. خط میدان مغناطیسی یک خط فرضی است که مماس آن با جهت B در یک نقطه منطبق است.

جهت میدان مغناطیسی در یک نقطه مشخص را می توان به عنوان جهتی که نشان می دهد نیز تعریف کرد

قطب شمال سوزن قطب نما در این نقطه قرار دارد. اعتقاد بر این است که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال به سمت جنوب هدایت می شوند.

جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکتریکی که از طریق یک هادی مستقیم جریان می یابد، توسط قاعده پیچ یا پیچ راست تعیین می شود. جهت خطوط القای مغناطیسی جهت چرخش سر پیچ در نظر گرفته می شود که حرکت انتقالی آن را در جهت جریان الکتریکی تضمین می کند (شکل 59).

که در آن n01 = 4 پی 10-7V s/(A m). - ثابت مغناطیسی، R - فاصله، I - قدرت جریان در هادی.

برخلاف خطوط میدان الکترواستاتیک که با بار مثبت شروع و با بار منفی ختم می‌شوند، خطوط میدان مغناطیسی همیشه بسته هستند. هیچ بار مغناطیسی مشابه بار الکتریکی شناسایی نشد.

یک تسلا (1 T) به عنوان واحد القاء در نظر گرفته می شود - القای چنین میدان مغناطیسی یکنواختی که در آن حداکثر گشتاور مکانیکی 1 نیوتن متر بر روی یک قاب با مساحت 1 متر مربع اعمال می شود که از طریق آن جریانی از 1 الف جریان دارد.

القای میدان مغناطیسی را می توان با نیروی وارد بر رسانای حامل جریان در میدان مغناطیسی نیز تعیین کرد.

یک هادی حامل جریان که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد توسط یک نیروی آمپر وارد می شود که بزرگی آن با عبارت زیر تعیین می شود:

جایی که من قدرت فعلی در هادی است، l-طول هادی، B بزرگی بردار القای مغناطیسی است و زاویه بین بردار و جهت جریان است.

جهت نیروی آمپر را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت را در جهت جریان در هادی قرار می دهیم، سپس شست خم شده جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن I = q 0 nSv و جایگزینی این عبارت به (3.21)، F = q 0 nSh/B sin به دست می آوریم. آ. تعداد ذرات (N) در یک حجم معین از یک هادی N = nSl است، سپس F = q 0 NvB sin آ.

اجازه دهید نیروی وارد شده توسط میدان مغناطیسی بر ذره باردار منفرد را که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، تعیین کنیم:

این نیرو را نیروی لورنتس (1853-1928) می نامند. جهت نیروی لورنتز را می توان با قانون دست چپ تعیین کرد: کف دست چپ را طوری قرار می دهیم که خطوط القای مغناطیسی وارد کف دست شوند، چهار انگشت جهت حرکت بار مثبت را نشان می دهد. انگشت خم شده جهت نیروی لورنتس را نشان می دهد.

نیروی برهمکنش بین دو رسانای موازی که دارای جریان I 1 و I 2 هستند برابر است با:

جایی که l-بخشی از یک هادی که در میدان مغناطیسی قرار دارد. اگر جریان ها در یک جهت باشند، هادی ها جذب می شوند (شکل 60)، اگر در جهت مخالف باشند، دفع می کنند. نیروهای وارد بر هر هادی از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند. فرمول (3.22) مبنایی برای تعیین واحد جریان 1 آمپر (1 A) است.

خواص مغناطیسی یک ماده با یک کمیت فیزیکی اسکالر مشخص می شود - نفوذپذیری مغناطیسی، که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در ماده ای که کاملاً میدان را پر می کند، از نظر اندازه با القای B 0 میدان مغناطیسی در متفاوت است. خلاء:

با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد به دو دسته تقسیم می شوند دیامغناطیس، پارامغناطیسو فرومغناطیسی.

اجازه دهید ماهیت خواص مغناطیسی مواد را در نظر بگیریم.

الکترون های موجود در پوسته اتم های یک ماده در مدارهای مختلف حرکت می کنند. برای ساده‌تر شدن، این مدارها را دایره‌ای در نظر می‌گیریم و هر الکترونی که به دور هسته اتم می‌چرخد را می‌توان به عنوان جریان الکتریکی دایره‌ای در نظر گرفت. هر الکترون مانند یک جریان دایره ای میدان مغناطیسی ایجاد می کند که آن را مداری می نامیم. علاوه بر این، یک الکترون در یک اتم دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که به آن میدان اسپین می گویند.

اگر با القای B 0 به میدان مغناطیسی خارجی وارد شود، القای B در داخل ماده ایجاد شود.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن 1).

در مواد دیامغناطیسی، در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، میدان های مغناطیسی الکترون ها جبران می شود و هنگامی که آنها به یک میدان مغناطیسی وارد می شوند، القای میدان مغناطیسی اتم در مقابل میدان خارجی قرار می گیرد. ماده دیامغناطیسی از میدان مغناطیسی خارجی بیرون رانده می شود.

U پارامغناطیسالقای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها به طور کامل جبران نمی شود و اتم به عنوان یک کل مانند یک آهنربای دائمی کوچک است. معمولاً در یک ماده، همه این آهنرباهای کوچک به طور تصادفی جهت می گیرند و مجموع القای مغناطیسی همه میدان های آنها صفر است. اگر یک پارامغناطیس را در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهید، تمام آهنرباهای کوچک - اتم ها مانند سوزن های قطب نما در میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و میدان مغناطیسی در ماده افزایش می یابد. n >= 1).

فرومغناطیسیآن موادی هستند که در آنها n 1. در مواد فرومغناطیسی، به اصطلاح دامنه ها ایجاد می شود، مناطق ماکروسکوپی مغناطیسی خود به خودی.

در حوزه های مختلف، القای میدان مغناطیسی جهت های متفاوتی دارند (شکل 61) و در یک کریستال بزرگ

متقابل یکدیگر را جبران کنند. هنگامی که یک نمونه فرومغناطیسی به یک میدان مغناطیسی خارجی وارد می شود، مرزهای حوزه های جداگانه تغییر می کند به طوری که حجم حوزه های جهت گیری در امتداد میدان خارجی افزایش می یابد.

با افزایش القای میدان خارجی B 0، القای مغناطیسی ماده مغناطیسی افزایش می یابد. در برخی از مقادیر B 0، القاء به شدت افزایش می یابد. این پدیده اشباع مغناطیسی نامیده می شود.

یکی از ویژگی های مواد فرومغناطیسی پدیده هیسترزیس است که شامل وابستگی مبهم القای ماده به القای میدان مغناطیسی خارجی در هنگام تغییر است.

حلقه هیسترزیس مغناطیسی یک منحنی بسته است (cdc`d`c)، که وابستگی القاء در ماده را به دامنه القاء میدان خارجی با تغییر دوره ای نسبتاً آهسته در دومی بیان می کند (شکل 62).

حلقه هیسترزیس با مقادیر زیر مشخص می شود: B s، Br، B c. B s - حداکثر مقدار القای مواد در B 0s. در r القای باقیمانده است، برابر با مقدار القایی در ماده زمانی که القای میدان مغناطیسی خارجی از B0s به صفر کاهش می‌یابد. -B c و B c - نیروی اجباری - مقداری برابر با القای میدان مغناطیسی خارجی لازم برای تغییر القاء در ماده از باقیمانده به صفر است.

برای هر فرومغناطیس دمایی وجود دارد (نقطه کوری (J. Curie, 1859-1906) که بالاتر از آن فرومغناطیس خواص فرومغناطیسی خود را از دست می دهد.

دو راه برای آوردن فرومغناطیس مغناطیسی شده به حالت مغناطیسی زدایی وجود دارد: الف) گرما در بالای نقطه کوری و خنک شدن. ب) مواد را با یک میدان مغناطیسی متناوب با دامنه ای که به آرامی کاهش می دهد مغناطیسی کنید.

فرومغناطیس هایی با القای باقیمانده و نیروی اجباری کم، مغناطیسی نرم نامیده می شوند. آنها در دستگاه هایی که فرومغناطیس ها اغلب باید دوباره مغناطیس شوند (هسته ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره) کاربرد پیدا می کنند.

برای ساخت آهنرباهای دائمی از فرومغناطیس های سخت مغناطیسی که نیروی اجباری بالایی دارند استفاده می شود.

تعیین القای میدان مغناطیسی بر محور جریان دایره ای

هدف کار : بررسی خواص میدان مغناطیسی با مفهوم القای مغناطیسی آشنا شوید. القای میدان مغناطیسی را روی محور جریان دایره ای تعیین کنید.

مقدمه نظری. یک میدان مغناطیسی وجود میدان مغناطیسی در طبیعت در پدیده های متعددی آشکار می شود که ساده ترین آنها برهمکنش بارهای متحرک (جریان)، جریان و یک آهنربای دائمی، دو آهنربای دائمی است. یک میدان مغناطیسی بردار . این بدان معنی است که برای توصیف کمی آن در هر نقطه از فضا لازم است بردار القای مغناطیسی تنظیم شود. گاهی اوقات این کمیت به سادگی نامیده می شود القای مغناطیسی . جهت بردار القای مغناطیسی با جهت سوزن مغناطیسی واقع در نقطه در فضای مورد نظر و عاری از سایر تأثیرات منطبق است.

از آنجایی که میدان مغناطیسی یک میدان نیرو است، با استفاده از آن به تصویر کشیده می شود خطوط القای مغناطیسی - خطوط، مماس هایی که در هر نقطه با جهت بردار القای مغناطیسی در این نقاط میدان منطبق است. مرسوم است که از یک ناحیه عمود بر , تعدادی خطوط القای مغناطیسی برابر با بزرگی القای مغناطیسی بکشیم. بنابراین، چگالی خطوط با مقدار مطابقت دارد که در . آزمایش ها نشان می دهد که هیچ بار مغناطیسی در طبیعت وجود ندارد. نتیجه این امر بسته شدن خطوط القای مغناطیسی است. میدان مغناطیسی نامیده می شود همگن، اگر بردارهای القایی در تمام نقاط این میدان یکسان باشند، یعنی از نظر قدر مساوی و دارای جهات یکسان باشند.

برای میدان مغناطیسی درست است اصل برهم نهی: القای مغناطیسی میدان حاصل که توسط چندین جریان یا بارهای متحرک ایجاد می شود برابر است با جمع برداری میدان های القایی مغناطیسی ایجاد شده توسط هر جریان یا بار متحرک.

در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، بر روی یک هادی مستقیم اثر می گذارد قدرت آمپر:

که در آن بردار برابر با طول هادی است ل و همزمان با جهت جریان من در این راهنما

جهت نیروی آمپر تعیین می شود قانون پیچ راست(بردارها و یک سیستم پیچ سمت راست را تشکیل می دهند): اگر یک پیچ با رزوه سمت راست عمود بر صفحه تشکیل شده توسط بردارها قرار داده شود و با کوچکترین زاویه از به سمت چرخانده شود، حرکت انتقالی پیچ انجام می شود. جهت نیرو را به شکل اسکالر نشان می دهد، رابطه (1) را می توان به صورت زیر نوشت:

F = I× ل× ب× گناه a یا (2).

از آخرین رابطه به دست می آید معنای فیزیکی القای مغناطیسی : القای مغناطیسی یک میدان یکنواخت از نظر عددی برابر با نیروی وارد بر رسانایی با جریان 1 A به طول 1 متر است که عمود بر جهت میدان قرار دارد.

واحد SI القای مغناطیسی است تسلا (T): .

میدان مغناطیسی جریان دایره ایجریان الکتریکی نه تنها با یک میدان مغناطیسی تعامل دارد، بلکه آن را نیز ایجاد می کند. تجربه نشان می دهد که در خلاء یک عنصر جریان یک میدان مغناطیسی با القاء در نقطه ای از فضا ایجاد می کند.

(3) ,

ضریب تناسب کجاست m 0 = 4p×10-7 H/m– ثابت مغناطیسی – بردار عددی برابر طول عنصر رسانا و منطبق بر جهت جریان اولیه – بردار شعاع رسم شده از عنصر رسانا به نقطه میدان مورد نظر. r - مدول بردار شعاع. رابطه (3) به طور تجربی توسط Biot و Savart ایجاد شد و توسط لاپلاس تجزیه و تحلیل شد و بنابراین نامیده می شود قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. طبق قاعده پیچ سمت راست، بردار القای مغناطیسی در نقطه مورد نظر عمود بر عنصر جریان و بردار شعاع است.

بر اساس قانون Biot-Savart-Laplace و اصل برهم نهی، میدان های مغناطیسی جریان های الکتریکی در رساناهایی با پیکربندی دلخواه با ادغام در کل طول هادی محاسبه می شود. به عنوان مثال، القای مغناطیسی یک میدان مغناطیسی در مرکز یک سیم پیچ دایره ای با شعاع آر ، که جریان از آن عبور می کند من ، برابر است با:

خطوط القای مغناطیسی جریان های دایره ای و رو به جلو در شکل 1 نشان داده شده است. در محور جریان دایره ای، خط القاء مغناطیسی مستقیم است. جهت القای مغناطیسی با جهت جریان در مدار مرتبط است قانون پیچ راست. هنگامی که بر روی جریان دایره ای اعمال می شود، می توان آن را به صورت زیر فرمول کرد: اگر یک پیچ با رزوه سمت راست در جهت جریان دایره ای بچرخد، حرکت انتقالی پیچ جهت خطوط القای مغناطیسی را نشان می دهد، مماس هایی که در هر نقطه با بردار القای مغناطیسی منطبق است.

, (5)

جایی که آر - شعاع حلقه ایکس - فاصله از مرکز حلقه تا نقطه ای از محوری که در آن القای مغناطیسی تعیین می شود.

تعریف میدان مغناطیسی چیست..؟؟

راجر

در فیزیک مدرن، "میدان مغناطیسی" به عنوان یکی از میدان های نیرویی در نظر گرفته می شود که منجر به اعمال نیروی مغناطیسی بر بارهای الکتریکی متحرک می شود. یک میدان مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی، معمولاً جریان های الکتریکی، و همچنین یک میدان الکتریکی متناوب ایجاد می شود. فرضیه ای در مورد امکان وجود بارهای مغناطیسی وجود دارد که اصولاً الکترودینامیک منعی ندارد، اما تاکنون چنین بارهایی (تک قطبی مغناطیسی) کشف نشده است. در چارچوب الکترودینامیک ماکسول، معلوم شد که میدان مغناطیسی ارتباط نزدیکی با میدان الکتریکی دارد، که منجر به ظهور یک مفهوم واحد از میدان الکترومغناطیسی شد.
فیزیک میدانی تا حدودی نگرش نسبت به میدان مغناطیسی را تغییر می دهد. اولاً، ثابت می کند که بارهای مغناطیسی در اصل نمی توانند وجود داشته باشند. ثانیاً معلوم می شود که میدان مغناطیسی یک میدان مستقل برابر با میدان الکتریکی نیست، بلکه یکی از سه اصلاح دینامیکی است که در طول حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود. بنابراین، فیزیک میدان فقط میدان الکتریکی را اساسی می داند و نیروی مغناطیسی یکی از مشتقات برهمکنش الکتریکی می شود.
P.S. پروفسور البته لیوانه ولی وسایلش رو داره....

ماری

میدان مغناطیسی جزئی از میدان الکترومغناطیسی است که در حضور میدان الکتریکی متغیر با زمان ظاهر می شود. علاوه بر این، یک میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار، یا توسط گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها (آهنربای دائمی) ایجاد شود. مشخصه اصلی میدان مغناطیسی قدرت آن است که توسط بردار القای مغناطیسی \vec(\mathbf(B) تعیین می شود. در SI، القای مغناطیسی با تسلا (T) اندازه گیری می شود.
مشخصات فیزیکی
میدان مغناطیسی توسط یک میدان الکتریکی متغیر با زمان یا توسط گشتاورهای مغناطیسی خود ذرات تشکیل می شود. علاوه بر این، یک میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار ایجاد شود. در موارد ساده، می توان آن را از قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس یا قضیه گردش (همچنین به عنوان قانون آمپر شناخته می شود) پیدا کرد. در موقعیت های پیچیده تر، به عنوان راه حلی برای معادلات ماکسول جستجو می شود
میدان مغناطیسی خود را در اثر بر گشتاورهای مغناطیسی ذرات و اجسام، بر ذرات باردار متحرک (یا رساناهای حامل جریان) نشان می دهد. نیروی وارد بر یک ذره باردار که در میدان مغناطیسی حرکت می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود. با بار ذره و حاصل ضرب بردار میدان و سرعت ذره متناسب است.
نمایش ریاضی
کمیت برداری که میدانی در فضا با واگرایی صفر تشکیل می دهد.

میدان مغناطیسی مدتهاست که سؤالات زیادی را در انسان ایجاد کرده است، اما حتی در حال حاضر نیز یک پدیده ناشناخته باقی مانده است. بسیاری از دانشمندان سعی کردند ویژگی ها و خواص آن را مطالعه کنند، زیرا مزایا و پتانسیل استفاده از این میدان حقایقی غیرقابل انکار بود.

بیایید همه چیز را به ترتیب نگاه کنیم. بنابراین، هر میدان مغناطیسی چگونه عمل می کند و چگونه شکل می گیرد؟ درست است، از جریان الکتریکی. و جریان، طبق کتاب های درسی فیزیک، یک جریان جهت دار از ذرات باردار است، اینطور نیست؟ بنابراین، هنگامی که یک جریان از هر رسانایی عبور می کند، نوع خاصی از ماده شروع به عمل در اطراف آن می کند - یک میدان مغناطیسی. میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد شود. اکنون این میدان و ماده دارای انرژی هستند، ما آن را در نیروهای الکترومغناطیسی می بینیم که می تواند بر جریان و بارهای آن تأثیر بگذارد. میدان مغناطیسی شروع به تأثیرگذاری بر جریان ذرات باردار می کند و آنها جهت اولیه حرکت را عمود بر خود میدان تغییر می دهند.

میدان مغناطیسی را می توان الکترودینامیک نیز نامید، زیرا در نزدیکی ذرات متحرک تشکیل می شود و تنها بر ذرات متحرک تأثیر می گذارد. خوب، به دلیل اینکه ساختار خاصی در چرخش بیون ها در منطقه ای از فضا دارد، پویا است. یک بار الکتریکی متحرک معمولی می تواند آنها را به چرخش و حرکت وادار کند. بیون ها هر گونه فعل و انفعالات احتمالی را در این منطقه از فضا منتقل می کنند. بنابراین، یک بار متحرک یک قطب از همه بیون ها را جذب می کند و آنها را به چرخش وا می دارد. فقط او می تواند آنها را از حالت استراحت خارج کند، نه چیز دیگر، زیرا نیروهای دیگر نمی توانند بر آنها تأثیر بگذارند.

در میدان الکتریکی ذرات باردار وجود دارند که بسیار سریع حرکت می کنند و می توانند 300000 کیلومتر را تنها در یک ثانیه طی کنند. نور هم همین سرعت را دارد. میدان مغناطیسی بدون بار الکتریکی نمی تواند وجود داشته باشد. این بدان معنی است که ذرات به طور باور نکردنی نزدیک به یکدیگر هستند و در یک میدان الکترومغناطیسی مشترک وجود دارند. یعنی اگر در میدان مغناطیسی تغییراتی ایجاد شود در میدان الکتریکی نیز تغییراتی ایجاد می شود. این قانون نیز معکوس است.

ما در اینجا در مورد میدان مغناطیسی زیاد صحبت می کنیم، اما چگونه می توانیم آن را تصور کنیم؟ ما نمی توانیم آن را با چشم غیرمسلح انسان ببینیم. علاوه بر این، به دلیل انتشار فوق‌العاده سریع میدان، ما زمانی برای شناسایی آن با استفاده از دستگاه‌های مختلف نداریم. اما برای مطالعه چیزی، باید حداقل ایده ای در مورد آن داشته باشید. همچنین اغلب لازم است که یک میدان مغناطیسی را در نمودارها به تصویر بکشیم. برای درک آسان تر، خطوط میدان شرطی ترسیم می شوند. آنها را از کجا آورده اند؟ آنها به دلیلی اختراع شدند.

بیایید سعی کنیم میدان مغناطیسی را با استفاده از براده های فلزی کوچک و یک آهنربای معمولی ببینیم. بیایید این خاک اره را روی یک سطح صاف بریزیم و آنها را در معرض میدان مغناطیسی قرار دهیم. سپس خواهیم دید که آنها حرکت می کنند، می چرخند و در یک الگو یا الگو قرار می گیرند. تصویر حاصل تأثیر تقریبی نیروها در میدان مغناطیسی را نشان خواهد داد. تمام نیروها و بر این اساس خطوط نیرو در این مکان پیوسته و بسته هستند.

یک سوزن مغناطیسی ویژگی ها و خواصی مشابه قطب نما دارد و برای تعیین جهت خطوط نیرو استفاده می شود. اگر در ناحیه عمل میدان مغناطیسی قرار گیرد، می‌توانیم جهت عمل نیروها را از قطب شمال آن ببینیم. سپس اجازه دهید چندین نتیجه را از اینجا برجسته کنیم: بالای یک آهنربای دائمی معمولی، که خطوط نیرو از آن بیرون می‌آیند، قطب شمال آهنربا تعیین می‌شود. در حالی که قطب جنوب نشان دهنده نقطه بسته شدن نیروها است. خوب، خطوط نیروی داخل آهنربا در نمودار مشخص نشده اند.

میدان مغناطیسی، خواص و ویژگی های آن کاربرد نسبتاً گسترده ای دارد، زیرا در بسیاری از مسائل باید مورد توجه و مطالعه قرار گیرد. این مهمترین پدیده در علم فیزیک است. چیزهای پیچیده تری مانند نفوذپذیری مغناطیسی و القاء به طور جدایی ناپذیری با آن مرتبط هستند. برای توضیح همه دلایل پیدایش میدان مغناطیسی، باید به حقایق علمی واقعی و تایید آن تکیه کنیم. در غیر این صورت، در مسائل پیچیده تر، یک رویکرد نادرست ممکن است یکپارچگی نظریه را نقض کند.

حالا بیایید مثال هایی بزنیم. همه ما سیاره خود را می شناسیم. آیا می گویید میدان مغناطیسی ندارد؟ شاید حق با شما باشد، اما دانشمندان می گویند که فرآیندها و فعل و انفعالات درون هسته زمین باعث ایجاد میدان مغناطیسی عظیمی می شود که هزاران کیلومتر امتداد دارد. اما در هر میدان مغناطیسی باید قطب های آن وجود داشته باشد. و وجود دارند، فقط کمی دورتر از قطب جغرافیایی قرار دارند. چگونه آن را احساس می کنیم؟ به عنوان مثال، پرندگان توانایی های ناوبری را توسعه داده اند و به ویژه توسط میدان مغناطیسی حرکت می کنند. بنابراین، با کمک او، غازها به سلامت به لاپلند می رسند. دستگاه های ناوبری ویژه نیز از این پدیده استفاده می کنند.

میدان مغناطیسی می‌تواند توسط جریان ذرات باردار و/یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون‌ها در اتم‌ها (و گشتاورهای مغناطیسی سایر ذرات، هرچند به میزان قابل توجهی کمتر) (آهنربای دائمی) ایجاد شود.

علاوه بر این، در حضور یک میدان الکتریکی متغیر با زمان ظاهر می شود.

مشخصه قدرت اصلی میدان مغناطیسی است بردار القای مغناطیسی (بردار القای میدان مغناطیسی). از دیدگاه ریاضی، یک میدان برداری است که مفهوم فیزیکی میدان مغناطیسی را تعریف و مشخص می کند. اغلب، برای اختصار، بردار القای مغناطیسی را به سادگی میدان مغناطیسی می نامند (اگرچه این احتمالاً سخت ترین کاربرد این اصطلاح نیست).

یکی دیگر از ویژگی های اساسی میدان مغناطیسی (جایگزین القای مغناطیسی و ارتباط نزدیک با آن، تقریباً برابر با آن از نظر ارزش فیزیکی) است. پتانسیل برداری .

میدان مغناطیسی را می توان نوع خاصی از ماده نامید که از طریق آن برهمکنش بین ذرات باردار متحرک یا اجسام دارای گشتاور مغناطیسی رخ می دهد.

میدان های مغناطیسی پیامد ضروری (در زمینه) وجود میدان های الکتریکی هستند.

• از نقطه نظر نظریه میدان کوانتومی، برهمکنش مغناطیسی - به عنوان یک مورد خاص از برهمکنش الکترومغناطیسی - توسط یک بوزون بدون جرم اساسی - یک فوتون (ذره ای که می تواند به عنوان تحریک کوانتومی یک میدان الکترومغناطیسی نشان داده شود) حمل می شود. به عنوان مثال، در تمام موارد زمینه های استاتیک) - مجازی.

منابع میدان مغناطیسی

یک میدان مغناطیسی توسط جریانی از ذرات باردار، یا میدان الکتریکی متغیر با زمان، یا گشتاورهای مغناطیسی خود ذرات ایجاد می‌شود (تولید می‌شود) ).

محاسبه

در موارد ساده، میدان مغناطیسی یک هادی با جریان (از جمله جریانی که به طور دلخواه در یک حجم یا فضا توزیع می‌شود) را می‌توان از قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس یا قضیه گردش (همچنین به عنوان قانون آمپر شناخته می‌شود) پیدا کرد. در اصل، این روش محدود به مورد (تقریبی) مغناطیس استاتیک است - یعنی مورد ثابت (اگر ما در مورد کاربرد دقیق صحبت می کنیم) یا به آرامی تغییر (اگر ما در مورد کاربرد تقریبی صحبت می کنیم) میدان های مغناطیسی و الکتریکی.

در موقعیت های پیچیده تر به عنوان راه حلی برای معادلات ماکسول جستجو می شود.

تجلی میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی خود را در اثر بر گشتاورهای مغناطیسی ذرات و اجسام، بر ذرات باردار متحرک (یا رساناهای حامل جریان) نشان می دهد. نیروی وارد بر یک ذره باردار الکتریکی که در میدان مغناطیسی حرکت می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود که همیشه عمود بر بردارها است. vو ب. متناسب با بار ذره است q, جزء سرعت v، عمود بر جهت بردار میدان مغناطیسی بو مقدار القای میدان مغناطیسی ب. در سیستم واحدهای SI، نیروی لورنتس به صورت زیر بیان می شود:

در سیستم واحد GHS:

که در آن براکت های مربع نشان دهنده حاصلضرب بردار است.

همچنین (به دلیل اثر نیروی لورنتس بر ذرات باردار که در امتداد یک رسانا حرکت می کنند)، یک میدان مغناطیسی بر روی هادی با جریان عمل می کند. نیروی وارد بر هادی حامل جریان را نیروی آمپر می نامند. این نیرو متشکل از نیروهایی است که بر بارهای جداگانه ای که در داخل هادی حرکت می کنند، وارد می شوند.

تعامل دو آهنربا

یکی از رایج ترین مظاهر میدان مغناطیسی در زندگی روزمره، برهمکنش دو آهنربا است: مانند قطب هایی که دفع می کنند، قطب های مخالف جذب می شوند. وسوسه انگیز است که تعامل بین آهنرباها را به عنوان برهمکنش بین دو تک قطبی توصیف کنیم، و از دیدگاه رسمی این ایده کاملاً عملی و اغلب بسیار راحت است و بنابراین از نظر عملی (در محاسبات) مفید است. با این حال، تجزیه و تحلیل دقیق نشان می دهد که این در واقع توصیف کاملاً صحیحی از پدیده نیست (بدیهی ترین سؤالی که در چنین مدلی قابل توضیح نیست این سؤال است که چرا تک قطبی ها هرگز نمی توانند از هم جدا شوند، یعنی چرا آزمایش نشان می دهد که جداسازی بدن در واقع بار مغناطیسی ندارد، علاوه بر این، ضعف مدل این است که برای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک جریان ماکروسکوپی قابل استفاده نیست، و بنابراین، اگر به عنوان یک تکنیک صرفاً رسمی در نظر گرفته نشود، تنها منجر می شود. به یک عارضه از نظریه به معنای اساسی).

درست‌تر است که بگوییم یک دوقطبی مغناطیسی که در یک میدان غیریکنواخت قرار می‌گیرد، تحت تأثیر نیرویی قرار می‌گیرد که می‌خواهد آن را بچرخاند تا گشتاور مغناطیسی دوقطبی با میدان مغناطیسی همسو شود. اما هیچ آهنربایی نیروی (کل) اعمال شده توسط یک میدان مغناطیسی یکنواخت را تجربه نمی کند. نیرویی که بر دوقطبی مغناطیسی با گشتاور مغناطیسی وارد می شود متربا فرمول بیان می شود:

نیروی وارد بر آهنربا (که یک دوقطبی نقطه ای نیست) از یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت را می توان با جمع تمام نیروهای (که با این فرمول تعیین می شود) وارد بر دوقطبی های اولیه تشکیل دهنده آهنربا تعیین کرد.

با این حال، رویکردی ممکن است که برهمکنش آهنرباها را به نیروی آمپر کاهش دهد، و خود فرمول بالا برای نیروی وارد بر دوقطبی مغناطیسی را نیز می توان بر اساس نیروی آمپر به دست آورد.

پدیده القای الکترومغناطیسی

فیلد برداری اچدر سیستم SI بر حسب آمپر بر متر (A/m) و در GHS بر حسب اورستد اندازه گیری می شود. Oersteds و Gaussians کمیت های یکسان هستند.

انرژی میدان مغناطیسی

افزایش چگالی انرژی میدان مغناطیسی برابر است با:

در تقریب تانسور خطی، نفوذپذیری مغناطیسی یک تانسور است (ما آن را نشان می‌دهیم) و ضرب یک بردار در آن ضرب تانسور (ماتریس) است:

چگالی انرژی در این تقریب برابر است با:

هنگام انتخاب محورهای مختصاتی که با محورهای اصلی تانسور نفوذپذیری مغناطیسی منطبق هستند، فرمول های موجود در مؤلفه ها ساده می شوند:

در یک آهنربای خطی همسانگرد:

در خلاء و:

انرژی میدان مغناطیسی در سلف را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد:

خواص مغناطیسی مواد

از دیدگاه بنیادی، همانطور که در بالا گفته شد، میدان مغناطیسی می تواند توسط یک میدان الکتریکی متناوب، جریان های الکتریکی به شکل جریان های ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی ذرات

ساختار میکروسکوپی خاص و خواص مواد مختلف (و همچنین مخلوط آنها، آلیاژها، حالت های تجمع، تغییرات کریستالی و غیره) منجر به این واقعیت می شود که در سطح ماکروسکوپی آنها می توانند تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی کاملاً متفاوت رفتار کنند. (به ویژه تضعیف یا تقویت آن به درجات مختلف).

در این راستا، مواد (و به طور کلی محیط ها) از نظر خواص مغناطیسی به گروه های اصلی زیر تقسیم می شوند:

• ضد فرومغناطیس ها موادی هستند که در آنها یک نظم ضد فرومغناطیسی برای گشتاورهای مغناطیسی اتم ها یا یون ها ایجاد شده است: گشتاورهای مغناطیسی مواد برعکس جهت می شوند و از نظر قدرت برابر هستند.
• دیامغناطیس ها موادی هستند که در جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند.
• مواد پارامغناطیس موادی هستند که در یک میدان مغناطیسی خارجی در جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند.
• فرومغناطیس ها موادی هستند که در آنها، زیر یک دمای بحرانی معین (نقطه کوری)، یک مرتبه فرومغناطیسی دوربرد از گشتاورهای مغناطیسی ایجاد می شود.
• آهنرباهای فری موادی هستند که گشتاورهای مغناطیسی ماده در جهات مخالف جهت آن بوده و از نظر قدرت برابر نیستند.
• گروه های مواد ذکر شده در بالا عمدتاً شامل مواد جامد معمولی یا (برخی) مایع و همچنین گازها هستند. برهمکنش با میدان مغناطیسی ابررساناها و پلاسما به طور قابل توجهی متفاوت است.

توکی فوکو

جریان‌های فوکو (جریان‌های گردابی) جریان‌های الکتریکی بسته در یک هادی عظیم هستند که با تغییر شار مغناطیسی وارد شده به آن ایجاد می‌شوند. آنها جریان های القایی هستند که در یک جسم رسانا یا در نتیجه تغییر زمان میدان مغناطیسی که در آن قرار دارد یا در نتیجه حرکت بدن در یک میدان مغناطیسی ایجاد می شوند که منجر به تغییر در مغناطیسی می شود. از طریق بدن یا هر قسمتی از آن جریان می یابد. طبق قانون لنز، میدان مغناطیسی جریان های فوکو به گونه ای هدایت می شود که با تغییر شار مغناطیسی که این جریان ها را القا می کند، مقابله کند.

تاریخچه توسعه ایده ها در مورد میدان مغناطیسی

اگرچه آهنرباها و مغناطیس خیلی زودتر شناخته شده بودند، مطالعه میدان مغناطیسی در سال 1269 آغاز شد، زمانی که دانشمند فرانسوی پیتر پرگرین (شوالیه پیر مریکور) میدان مغناطیسی را بر روی سطح آهنربای کروی با استفاده از سوزن های فولادی مشخص کرد و مشخص کرد که نتیجه حاصله. خطوط میدان مغناطیسی در دو نقطه قطع می‌شوند که او آن‌ها را با قیاس با قطب‌های زمین «قطب» نامید. نزدیک به سه قرن بعد، ویلیام گیلبرت کولچستر از آثار پیتر پرگرینوس استفاده کرد و برای اولین بار به طور قطع اظهار داشت که زمین خود یک آهنربا است. اثر گیلبرت که در سال 1600 منتشر شد "د مگنت"، پایه های مغناطیس را به عنوان یک علم پایه ریزی کرد.

سه اکتشاف متوالی این "مبنای مغناطیس" را به چالش کشیدند. اول، در سال 1819، هانس کریستین اورستد کشف کرد که جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند. سپس، در سال 1820، آندره ماری آمپر نشان داد که سیم های موازی که جریان را در یک جهت حمل می کنند، یکدیگر را جذب می کنند. سرانجام، ژان باپتیست بیو و فلیکس ساوارت در سال 1820 قانونی به نام قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس را کشف کردند که به درستی میدان مغناطیسی اطراف هر سیم زنده را پیش بینی می کرد.

آمپر با گسترش این آزمایشات، مدل موفق خود از مغناطیس را در سال 1825 منتشر کرد. او در آن معادل بودن جریان الکتریکی در آهنرباها را نشان داد و به جای دوقطبی بارهای مغناطیسی مدل پواسون، این ایده را مطرح کرد که مغناطیس با حلقه های جریان دائمی مرتبط است. این ایده توضیح داد که چرا بار مغناطیسی را نمی توان جدا کرد. علاوه بر این، آمپر قانونی را به نام خود استخراج کرد که مانند قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان مستقیم را به درستی توصیف کرد و قضیه گردش میدان مغناطیسی را نیز معرفی کرد. همچنین در این کار، آمپر اصطلاح "الکترودینامیک" را برای توصیف رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس ابداع کرد.

اگرچه قدرت میدان مغناطیسی یک بار الکتریکی متحرک که در قانون آمپر ذکر شده است به صراحت بیان نشده بود، هندریک لورنتز آن را از معادلات ماکسول در سال 1892 به دست آورد. در همان زمان، نظریه کلاسیک الکترودینامیک اساسا تکمیل شد.

قرن بیستم به لطف ظهور نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی، دیدگاه‌ها را در مورد الکترودینامیک گسترش داد. آلبرت انیشتین در مقاله خود در سال 1905 که نظریه نسبیت خود را پایه گذاری کرد، نشان داد که میدان های الکتریکی و مغناطیسی بخشی از یک پدیده هستند که در چارچوب های مرجع مختلف مشاهده می شوند. (نگاه کنید به آهنربا متحرک و مسئله رسانا - یک آزمایش فکری که در نهایت به انیشتین کمک کرد تا نسبیت خاص را توسعه دهد). در نهایت، مکانیک کوانتومی با الکترودینامیک ترکیب شد تا الکترودینامیک کوانتومی (QED) را تشکیل دهد.

همچنین ببینید

• تجسم کننده فیلم مغناطیسی

یادداشت

1. TSB 1973، "دایره المعارف شوروی".
2. در موارد خاص، یک میدان مغناطیسی می تواند در غیاب میدان الکتریکی وجود داشته باشد، اما به طور کلی، یک میدان مغناطیسی عمیقاً با یک میدان الکتریکی مرتبط است، هر دو به صورت دینامیکی (تولید متقابل متغیرها توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی یکدیگر) و به این معنا که با انتقال به یک سیستم مرجع جدید، میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی از طریق یکدیگر بیان می شوند، یعنی به طور کلی نمی توان آنها را بدون قید و شرط از هم جدا کرد.
3. یاورسکی بی. ام.، دتلاف آ.ا.کتاب راهنمای فیزیک: ویرایش دوم، اصلاح شده. - M.: Nauka، تحریریه اصلی ادبیات فیزیکی و ریاضی، 1985، - 512 ص.
4. در SI، القای مغناطیسی با تسلا (T) و در سیستم CGS با گاوس اندازه‌گیری می‌شود.
5. آنها دقیقاً در سیستم واحدهای CGS منطبق هستند ، در SI با یک ضریب ثابت تفاوت دارند که البته این واقعیت هویت فیزیکی عملی آنها را تغییر نمی دهد.
6. مهمترین و آشکارترین تفاوت در اینجا این است که نیروی وارد بر یک ذره متحرک (یا روی یک دوقطبی مغناطیسی) دقیقاً از طریق محاسبه می شود و نه از طریق . هر روش اندازه‌گیری صحیح و معنادار دیگری نیز اندازه‌گیری دقیق را ممکن می‌سازد، اگرچه برای محاسبات رسمی گاهی اوقات راحت‌تر به نظر می‌رسد - که در واقع، نقطه معرفی این کمیت کمکی است (در غیر این صورت بدون آن انجام می‌شود. در مجموع، فقط با استفاده از
7. با این حال، ما باید به خوبی درک کنیم که تعدادی از ویژگی‌های اساسی این «ماده» اساساً با ویژگی‌های آن نوع معمولی «ماده» که می‌توان آن را با عبارت «جوهر» مشخص کرد، متفاوت است.
8. قضیه آمپر را ببینید.
9. برای یک میدان یکنواخت، این عبارت نیروی صفر می دهد، زیرا همه مشتقات برابر با صفر هستند بتوسط مختصات
10. Sivukhin D.V.درس فیزیک عمومی. - اد. چهارم، کلیشه ای. - م.: فیزمتلیت; انتشارات MIPT، 2004. - T. III. برق. - 656 s. - شابک 5-9221-0227-3; شابک 5-89155-086-5.

روز بخیر، امروز متوجه خواهید شد میدان مغناطیسی چیستو از کجا می آید

هر فردی در این سیاره حداقل یک بار نگه داشته است آهن ربادر دست. از آهنرباهای یخچال سوغاتی یا آهنرباهای کاری برای جمع آوری گرده آهن و موارد دیگر شروع کنید. در کودکی، این یک اسباب بازی خنده دار بود که به فلز آهنی می چسبید، اما به فلزات دیگر نمی چسبید. پس راز آهنربا و آن چیست؟ میدان مغناطیسی.

میدان مغناطیسی چیست

آهنربا در چه نقطه ای شروع به جذب می کند؟ یک میدان مغناطیسی در اطراف هر آهنربا وجود دارد و هنگامی که به آن وارد می شود، اجسام شروع به جذب آن می کنند. اندازه چنین میدانی بسته به اندازه آهنربا و خواص خاص آن می تواند متفاوت باشد.

اصطلاح ویکی پدیا:

میدان مغناطیسی یک میدان نیرویی است که بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی با گشتاور مغناطیسی، بدون توجه به وضعیت حرکت آنها، جزء مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی، تأثیر می گذارد.

میدان مغناطیسی از کجا می آید؟

یک میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها و همچنین گشتاورهای مغناطیسی ذرات دیگر ایجاد شود، البته به میزان قابل توجهی کمتر.

تجلی میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی خود را در تأثیر بر گشتاورهای مغناطیسی ذرات و اجسام، بر حرکت ذرات باردار یا رساناها نشان می دهد. نیروی وارد بر یک ذره باردار الکتریکی که در میدان مغناطیسی حرکت می کند است نیروی لورنتس نامیده می شودکه همیشه عمود بر بردارهای v و B است. با بار ذره q، مولفه سرعت v عمود بر جهت بردار میدان مغناطیسی B و بزرگی القای میدان مغناطیسی B متناسب است.

چه اجسامی دارای میدان مغناطیسی هستند

ما اغلب به آن فکر نمی کنیم، اما بسیاری از اجسام (اگر نه همه) اطراف ما آهنربا هستند. ما به این واقعیت عادت کرده ایم که آهنربا سنگریزه ای است با نیروی جاذبه مشخص به سمت خود، اما در واقع، تقریباً هر چیزی نیروی جاذبه دارد، فقط بسیار پایین تر است. به عنوان مثال، سیاره خود را در نظر بگیریم - ما به فضا پرواز نمی کنیم، اگرچه با هیچ چیز روی سطح زمین نمی مانیم. میدان زمین بسیار ضعیف تر از میدان یک آهنربای سنگریزه است، بنابراین فقط به دلیل اندازه عظیم خود ما را نگه می دارد - اگر تا به حال دیده باشید که چگونه مردم روی ماه راه می روند (قطر آن چهار برابر کوچکتر است)، به وضوح خواهید دید. بفهمید در مورد چه چیزی صحبت می کنیم. گرانش زمین عمدتاً بر اساس اجزای فلزی پوسته و هسته آن است - آنها دارای یک میدان مغناطیسی قدرتمند هستند. شاید شنیده باشید که در نزدیکی ذخایر بزرگ سنگ آهن، قطب نماها دیگر به درستی به سمت شمال اشاره نمی کنند - این به این دلیل است که اصل قطب نما بر تعامل میدان های مغناطیسی استوار است و سنگ آهن سوزن آن را جذب می کند.

هنگام اتصال دو هادی موازی به جریان الکتریکی، بسته به جهت (قطبی) جریان متصل، جذب یا دفع می شوند. این با پدیده ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف این هادی ها توضیح داده می شود. این ماده میدان مغناطیسی (MF) نامیده می شود. نیروی مغناطیسی نیرویی است که رساناها بر یکدیگر اثر می کنند.

نظریه مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا مطرح شد. در کوه‌های مگنزیا صخره‌ای خاص پیدا کردند که تکه‌های آن می‌توانستند جذب یکدیگر شوند. بر اساس نام محل به این سنگ «مغناطیسی» می گفتند. یک آهنربای میله ای شامل دو قطب است. خواص مغناطیسی آن به ویژه در قطب ها مشخص است.

آهنربایی که روی نخ آویزان است، کناره های افق را با قطب های خود نشان می دهد. قطب های آن به سمت شمال و جنوب خواهد رفت. دستگاه قطب نما بر اساس این اصل عمل می کند. قطب های مخالف دو آهنربا جذب می شوند و قطب های مشابه دفع می کنند.

دانشمندان کشف کرده اند که یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، زمانی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند، منحرف می شود. این نشان می دهد که یک MP در اطراف آن تشکیل شده است.

میدان مغناطیسی بر:

بارهای الکتریکی متحرک
موادی به نام فرومغناطیس: آهن، چدن، آلیاژهای آنها.

آهنرباهای دائمی اجسامی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی مشترک ذرات باردار (الکترون) هستند.

1 - قطب جنوب آهنربا
2 - قطب شمال آهنربا
3 - MP با استفاده از نمونه براده های فلزی
4 - جهت میدان مغناطیسی

خطوط نیرو زمانی ظاهر می شوند که آهنربای دائمی به ورق کاغذی نزدیک می شود که لایه ای از براده های آهن روی آن ریخته می شود. شکل به وضوح مکان قطب ها را با خطوط نیروی جهت دار نشان می دهد.

منابع میدان مغناطیسی

• میدان الکتریکی در طول زمان تغییر می کند.
• هزینه های موبایل
• آهنرباهای دائمی

ما از کودکی با آهنرباهای دائمی آشنا بودیم. آنها به عنوان اسباب بازی هایی استفاده می شدند که قطعات فلزی مختلفی را به خود جذب می کردند. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها را در اسباب بازی های مختلف ساخته بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند اغلب در مقایسه با آهنرباهای دائمی انرژی مغناطیسی بیشتری دارند.

خواص

• وجه تمایز اصلی و خاصیت میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر جسم باردار را در یک چارچوب مشخص بی حرکت رها کنید و یک سوزن مغناطیسی در نزدیکی آن قرار دهید، آنگاه به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال یک میدان خارجی را به جز میدان زمین احساس نمی کند. . و اگر شروع به حرکت یک جسم باردار در نزدیکی فلش کنید، یک MP در اطراف بدن ظاهر می شود. در نتیجه، مشخص می شود که MF تنها زمانی تشکیل می شود که یک بار خاص حرکت می کند.
• یک میدان مغناطیسی می تواند بر جریان الکتریکی تأثیر بگذارد و بر آن تأثیر بگذارد. با نظارت بر حرکت الکترون های باردار می توان آن را تشخیص داد. در یک میدان مغناطیسی، ذرات دارای بار منحرف می شوند، هادی هایی با جریان جریان حرکت می کنند. قاب با منبع جریان وصل شده شروع به چرخش می کند و مواد مغناطیسی در فاصله مشخصی حرکت می کنند. سوزن قطب نما اغلب به رنگ آبی است. این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال می رود، زیرا زمین دارای میدان مغناطیسی است. کل سیاره مانند یک آهنربای بزرگ با قطب های خود است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها توسط دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل تشخیص است. در انواع متغیر و دائمی موجود است. میدان متناوب معمولاً توسط سلف های ویژه ای ایجاد می شود که با جریان متناوب کار می کنند. یک میدان ثابت از یک میدان الکتریکی ثابت تشکیل می شود.

قوانین

بیایید قوانین اساسی برای به تصویر کشیدن میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیریم.

قانون گیملت

خط نیرو در صفحه ای به تصویر کشیده می شود که در زاویه 90 0 نسبت به مسیر حرکت جریان قرار دارد به طوری که در هر نقطه نیرو به صورت مماس بر خط هدایت می شود.

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قاعده گیملت با نخ سمت راست را به خاطر بسپارید.

گیملت باید در امتداد همان محور با بردار جریان قرار گیرد، دسته باید به گونه‌ای بچرخد که گیره در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیملت تعیین می شود.

قانون حلقه حلقه

حرکت انتقالی گیملت در یک هادی ساخته شده به شکل حلقه نشان می دهد که القاء چگونه با جریان جریان منطبق است.

خطوط نیرو در داخل آهنربا ادامه دارند و نمی توانند باز شوند.

میدان مغناطیسی منابع مختلف به یکدیگر اضافه می شود. با این کار میدان مشترکی ایجاد می کنند.

آهنرباهایی با قطب های یکسان دفع می کنند و آهنرباهایی با قطب های متفاوت جذب می شوند. مقدار قدرت اندرکنش به فاصله بین آنها بستگی دارد. با نزدیک شدن به قطب ها، نیرو افزایش می یابد.

پارامترهای میدان مغناطیسی

• کوپلینگ جریان ( Ψ ).
• بردار القای مغناطیسی ( که در).
• شار مغناطیسی ( اف).

شدت میدان مغناطیسی با اندازه بردار القای مغناطیسی محاسبه می شود که به نیروی F بستگی دارد و توسط جریان I در امتداد رسانایی با طول تشکیل می شود. l: B = F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T)، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرده و روی روش های محاسبه آنها کار کرده است، اندازه گیری می شود. 1 T برابر با نیروی القای شار مغناطیسی است 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 به جهت میدان، با جریان یک آمپر:

1 T = 1 x H / (A x m).

قانون دست چپ

این قانون جهت بردار القای مغناطیسی را پیدا می کند.

اگر کف دست چپ در میدان قرار گیرد به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال در 90 0 وارد کف دست شوند و 4 انگشت در امتداد جریان جریان قرار گیرند، شست جهت نیروی مغناطیسی را نشان می دهد.

اگر هادی در یک زاویه متفاوت باشد، آنگاه نیرو مستقیماً به جریان و برآمدگی هادی بر روی صفحه در زاویه قائم بستگی دارد.

نیرو به نوع ماده هادی و سطح مقطع آن بستگی ندارد. اگر هادی وجود نداشته باشد و بارها در یک محیط متفاوت حرکت کنند، نیرو تغییر نخواهد کرد.

هنگامی که بردار میدان مغناطیسی در یک جهت با یک قدر باشد، میدان یکنواخت نامیده می شود. محیط های مختلف بر اندازه بردار القایی تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی

القای مغناطیسی که از ناحیه معینی S می گذرد و با این ناحیه محدود می شود، یک شار مغناطیسی است.

اگر ناحیه با زاویه ای معین α نسبت به خط القاء متمایل شود، شار مغناطیسی به اندازه کسینوس این زاویه کاهش می یابد. بیشترین مقدار آن زمانی تشکیل می شود که ناحیه در زاویه قائمه با القای مغناطیسی باشد:

F = B * S.

شار مغناطیسی در واحدی مانند "وبر"، که برابر است با جریان القای قدر 1 تبر اساس منطقه در 1 متر مربع.

شار

این مفهوم برای ایجاد یک مقدار کلی از شار مغناطیسی استفاده می شود که از تعداد معینی هادی واقع بین قطب های مغناطیسی ایجاد می شود.

در موردی که همان جریان مناز طریق سیم پیچی با تعدادی پیچ n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط همه پیچ ها، پیوند شار است.

شار Ψ با وبر اندازه گیری می شود و برابر است: Ψ = n * Ф.

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری مغناطیسی تعیین می کند که چقدر میدان مغناطیسی در یک محیط خاص کمتر یا بیشتر از القای میدان در خلاء است. ماده ای مغناطیسی نامیده می شود که میدان مغناطیسی خود را تولید کند. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل به دست آوردن خواص مغناطیسی اجسام را مشخص کرده اند. بر اساس فرضیه دانشمندان، جریان های الکتریکی میکروسکوپی درون مواد وجود دارد. یک الکترون گشتاور مغناطیسی خاص خود را دارد که ماهیت کوانتومی دارد و در امتداد مدار خاصی در اتم ها حرکت می کند. این جریان های کوچک هستند که خواص مغناطیسی را تعیین می کنند.

اگر جریان ها به طور تصادفی حرکت کنند، میدان های مغناطیسی ناشی از آنها خود جبران می شوند. میدان خارجی جریان ها را مرتب می کند، بنابراین یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. این مغناطیس شدن ماده است.

مواد مختلف را می توان بر اساس خواص برهمکنش آنها با میدان های مغناطیسی تقسیم کرد.

آنها به گروه ها تقسیم می شوند:

پارامغناطیس- موادی که دارای خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی هستند و پتانسیل کمی برای مغناطیس دارند. آنها قدرت میدان مثبتی دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و غیره اشاره کرد.
آهنربای فری- موادی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در جهت و ارزش. آنها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده مشخص می شوند. قدرت میدان و دما بر حساسیت مغناطیسی آنها (اکسیدهای مختلف) تأثیر می گذارد.
فرومغناطیس ها- مواد با افزایش حساسیت مثبت، بسته به کشش و دما (کریستال های کبالت، نیکل و غیره).
دیامغناطیس ها- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی مقدار منفی حساسیت مغناطیسی، مستقل از شدت. در صورت عدم وجود میدان، این ماده خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. این مواد عبارتند از: نقره، بیسموت، نیتروژن، روی، هیدروژن و سایر مواد.
ضد فرومغناطیس - دارای یک گشتاور مغناطیسی متعادل و در نتیجه درجه مغناطیسی کم ماده است. هنگامی که گرم می شود، یک انتقال فاز ماده رخ می دهد که در طی آن خواص پارامغناطیس ظاهر می شود. هنگامی که دما به زیر یک حد معین کاهش می یابد، چنین خواصی ظاهر نمی شود (کروم، منگنز).

آهنرباهای در نظر گرفته شده نیز به دو دسته دیگر طبقه بندی می شوند:

مواد مغناطیسی نرم . اجبار کم دارند. در میدان های مغناطیسی کم توان آنها می توانند اشباع شوند. در طول فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات جزئی را تجربه می کنند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته های دستگاه های الکتریکی که با ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
مغناطیسی سختمواد. آنها نیروی اجباری فزاینده ای دارند. برای مغناطیس مجدد آنها، یک میدان مغناطیسی قوی لازم است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

خواص مغناطیسی مواد مختلف در پروژه ها و اختراعات مهندسی کاربرد دارد.

مدارهای مغناطیسی

ترکیبی از چندین ماده مغناطیسی را مدار مغناطیسی می گویند. آنها مشابه هستند و توسط قوانین مشابه ریاضی تعیین می شوند.

دستگاه های الکتریکی، اندوکتانس ها و غیره بر اساس مدارهای مغناطیسی عمل می کنند. در یک الکترومغناطیس فعال، شار از طریق یک مدار مغناطیسی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی و هوا جریان می یابد که فرومغناطیسی نیست. ترکیب این اجزا یک مدار مغناطیسی است. بسیاری از وسایل الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند.