Magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis. Elektromagnetinė indukcija Ypatingi nuolatinės srovės magnetinės indukcijos vektoriaus krypties atvejai

USE kodifikatoriaus temos Raktiniai žodžiai: elektromagnetinės indukcijos reiškinys, magnetinis srautas, Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis, Lenco taisyklė.

Oerstedo eksperimentas parodė, kad elektros srovė sukuria magnetinį lauką supančioje erdvėje. Michaelas Faradėjus sugalvojo, kad gali būti priešingas poveikis: magnetinis laukas savo ruožtu generuoja elektros srovę.

Kitaip tariant, tebūnie uždaras laidininkas magnetiniame lauke; Ar šiame laidininke, veikiant magnetiniam laukui, neatsiras elektros srovė?

Po dešimties metų ieškojimų ir eksperimentų Faraday pagaliau pavyko atrasti šį efektą. 1831 m. jis atliko tokius eksperimentus.

1. Ant to paties medinio pagrindo buvo suvyniotos dvi ritės; antrosios ritės vijos buvo paklotos tarp pirmosios ir izoliuotos. Pirmosios ritės išėjimai buvo prijungti prie srovės šaltinio, antrosios ritės išėjimai prijungti prie galvanometro (galvanometras – jautrus prietaisas mažoms srovėms matuoti). Taip gautos dvi grandinės: „srovės šaltinis – pirmoji ritė“ ir „antra ritė – galvanometras“.

Elektrinio kontakto tarp grandinių nebuvo, tik pirmosios ritės magnetinis laukas prasiskverbė į antrąją ritę.

Kai pirmosios ritės grandinė buvo uždaryta, galvanometras užfiksavo trumpą ir silpną srovės impulsą antroje ritėje.

Kai per pirmąją ritę tekėjo nuolatinė srovė, antroje ritėje srovė nesusidarė.

Atidarius pirmosios ritės grandinę, antroje ritėje vėl pasirodė trumpas ir silpnas srovės impulsas, tačiau šį kartą priešinga kryptimi, palyginti su srove, kai grandinė buvo uždaryta.

Išvada.

Pirmosios ritės laikui bėgant kintantis magnetinis laukas sukuria (arba, kaip sakoma, skatina) elektros srovė antroje ritėje. Ši srovė vadinama pagal indukcijos srovę.

Jei pirmosios ritės magnetinis laukas padidėja (šiuo momentu srovė pakyla uždarius grandinę), tai antroje ritėje indukcijos srovė teka viena kryptimi.

Jei pirmosios ritės magnetinis laukas mažėja (šiuo momentu srovė mažėja atidarius grandinę), tai antroje ritėje indukcijos srovė teka kita kryptimi.

Jei pirmosios ritės magnetinis laukas nesikeičia (per ją teka pastovi srovė), tai antroje ritėje nėra indukcijos srovės.

Faradėjus pavadino atrastą reiškinį elektromagnetinė indukcija(t. y. „elektros indukcija magnetizmu“).

2. Patvirtinti spėjimą, kad susidaro indukcijos srovė kintamieji magnetinio lauko, Faradėjus perkėlė ritinius vienas kito atžvilgiu. Pirmosios ritės grandinė visą laiką liko uždara, per ją tekėjo nuolatinė srovė, tačiau dėl judėjimo (priartėjimo ar pašalinimo) antroji ritė atsidūrė pirmosios ritės kintamajame magnetiniame lauke.

Galvanometras vėl užfiksavo srovę antroje ritėje. Indukcinė srovė turėjo vieną kryptį, kai artėjo ritės, o kitą - kai jos buvo pašalintos. Šiuo atveju indukcinės srovės stipris buvo didesnis, tuo greičiau ritės judėjo.

3. Pirmoji ritė buvo pakeista nuolatiniu magnetu. Įvedus magnetą į antrąją ritę, atsirado indukcinė srovė. Ištraukus magnetą vėl pasirodė srovė, bet kita kryptimi. Ir vėlgi, indukcinės srovės stipris buvo didesnis, tuo greičiau judėjo magnetas.

Šie ir vėlesni eksperimentai parodė, kad indukcijos srovė laidžioje grandinėje atsiranda visais tais atvejais, kai keičiasi į grandinę prasiskverbiančio magnetinio lauko „linijų skaičius“. Indukcinės srovės stiprumas yra didesnis, tuo greičiau keičiasi šis linijų skaičius. Srovės kryptis bus viena, kai padidės linijų skaičius per grandinę, o kita - su jų sumažėjimu.

Pastebėtina, kad srovės stiprumo dydžiui tam tikroje grandinėje svarbus tik linijų skaičiaus kitimo greitis. Tai, kas šiuo atveju tiksliai vyksta, nevaidina – ar keičiasi pats laukas, prasiskverbdamas į fiksuotą kontūrą, ar kontūras juda iš vieno tankio linijų ploto į kito tankio plotą.

Tai yra elektromagnetinės indukcijos dėsnio esmė. Tačiau norint parašyti formulę ir atlikti skaičiavimus, reikia aiškiai įforminti neaiškią sąvoką „lauko linijų skaičius per kontūrą“.

magnetinis srautas

Magnetinio srauto sąvoka yra tik magnetinio lauko linijų, prasiskverbiančių į grandinę, charakteristika.

Dėl paprastumo apsiribojame vienodo magnetinio lauko atveju. Panagrinėkime srities, esančios magnetiniame lauke su indukcija, kontūrą.

Pirma, magnetinis laukas turi būti statmenas kontūro plokštumai (1 pav.).

Ryžiai. vienas.

Šiuo atveju magnetinis srautas nustatomas labai paprastai - kaip magnetinio lauko indukcijos ir grandinės ploto sandauga:

(1)

Dabar apsvarstykite bendrą atvejį, kai vektorius sudaro kampą su normaliąja kontūro plokštuma (2 pav.).

Ryžiai. 2.

Matome, kad dabar per grandinę „teka“ tik statmenoji magnetinės indukcijos vektoriaus dedamoji (o lygiagreti grandinei komponentė „neteka“). Todėl pagal (1) formulę turime . Tačiau, todėl

(2)

Tai yra bendras magnetinio srauto apibrėžimas vienodo magnetinio lauko atveju. Atkreipkite dėmesį, kad jei vektorius yra lygiagretus kontūro plokštumai (t. y. ), tada magnetinis srautas tampa lygus nuliui.

O kaip nustatyti magnetinį srautą, jei laukas netolygus? Duokim tik idėją. Kontūro paviršius yra padalintas į labai daug labai mažų plotų, kuriuose laukas gali būti laikomas vienalyčiu. Kiekvienai vietai apskaičiuojame savo mažą magnetinį srautą, naudodami formulę (2), tada apibendriname visus šiuos magnetinius srautus.

Magnetinio srauto vienetas yra Weberis(Wb). Kaip matome,

Wb \u003d Tl m \u003d V s. (3)

Kodėl magnetinis srautas apibūdina į grandinę prasiskverbiančio magnetinio lauko „linijų skaičių“? Labai paprasta. „Eilelių skaičių“ nulemia jų tankis (taigi ir reikšmė – juk kuo didesnė indukcija, tuo storesnės linijos) ir lauko persmelkta „efektyvioji“ sritis (ir tai ne kas kita, kaip ). Bet daugikliai tik formuoja magnetinį srautą!

Dabar galime pateikti aiškesnį Faradėjaus atrasto elektromagnetinės indukcijos reiškinio apibrėžimą.

Elektromagnetinė indukcija- tai reiškinys, kai uždaroje laidžioje grandinėje atsiranda elektros srovė, kai keičiasi į grandinę prasiskverbiantis magnetinis srautas.

EML indukcija

Koks yra indukcijos srovės atsiradimo mechanizmas? Tai aptarsime vėliau. Kol kas aišku viena: kai keičiasi grandinėje einantis magnetinis srautas, tam tikros jėgos veikia laisvuosius krūvius grandinėje - išorės jėgos dėl kurių mokesčiai juda.

Kaip žinome, išorinių jėgų darbas, perkeliantis vienetinį teigiamą krūvį aplink grandinę, vadinamas elektrovaros jėga (EMF):. Mūsų atveju, kai keičiasi grandinės magnetinis srautas, vadinamas atitinkamas EMF EML indukcija ir yra žymimas.

Taigi, Indukcijos EMF yra išorinių jėgų, atsirandančių keičiantis magnetiniam srautui per grandinę, darbas, perkeliantis vienetinį teigiamą krūvį aplink grandinę..

Netrukus išsiaiškinsime pašalinių jėgų, kurios šiuo atveju atsiranda grandinėje, prigimtį.

Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis

Indukcinės srovės stiprumas Faradėjaus eksperimentuose buvo tuo didesnis, tuo greičiau keitėsi grandinės magnetinis srautas.

Jei per trumpą laiką magnetinio srauto pokytis yra , tai greitis magnetinio srauto pokytis yra trupmena (arba lygiaverčiai magnetinio srauto išvestinė laiko atžvilgiu).

Eksperimentai parodė, kad indukcijos srovės stipris yra tiesiogiai proporcingas magnetinio srauto kitimo greičio moduliui:

Modulis buvo sumontuotas tam, kad kol kas nesiliestų su neigiamomis reikšmėmis (juk sumažėjus magnetiniam srautui jis bus ). Vėliau šį modulį pašalinsime.

Pagal Ohmo dėsnį visai grandinei tuo pačiu metu turime: . Todėl indukcijos emf yra tiesiogiai proporcinga magnetinio srauto kitimo greičiui:

(4)

EMF matuojamas voltais. Bet magnetinio srauto kitimo greitis taip pat matuojamas voltais! Iš tiesų, iš (3) matome, kad Wb / s = V. Todėl abiejų proporcingumo dalių (4) matavimo vienetai yra vienodi, todėl proporcingumo koeficientas yra bematis dydis. SI sistemoje manoma, kad jis yra lygus vienetui, ir gauname:

(5)

Štai kas yra elektromagnetinės indukcijos dėsnis arba Faradėjaus dėsnis. Suteikime jam žodinę formuluotę.

Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis. Kai keičiasi į grandinę prasiskverbiantis magnetinis srautas, šioje grandinėje atsiranda indukcinis emf, lygus magnetinio srauto kitimo greičio moduliui.

Lenzo taisyklė

Magnetinį srautą, kurio pasikeitimas lemia indukcijos srovės atsiradimą grandinėje, vadinsime išorinis magnetinis srautas. O patį magnetinį lauką, kuris sukuria šį magnetinį srautą, vadinsime išorinis magnetinis laukas.

Kodėl mums reikia šių terminų? Faktas yra tas, kad indukcijos srovė, kuri atsiranda grandinėje, sukuria savo savo magnetinis laukas, kuris pagal superpozicijos principą pridedamas prie išorinio magnetinio lauko.

Atitinkamai, kartu su išoriniu magnetiniu srautu, savo indukcijos srovės magnetinio lauko sukuriamas magnetinis srautas.

Pasirodo, šie du magnetiniai srautai – nuosavas ir išorinis – yra tarpusavyje susiję griežtai apibrėžtu būdu.

Lenzo taisyklė. Indukcijos srovė visada turi tokią kryptį, kad jos pačios magnetinis srautas neleidžia keisti išorinio magnetinio srauto.

Lenco taisyklė leidžia rasti indukcijos srovės kryptį bet kurioje situacijoje.

Apsvarstykite keletą Lenco taisyklės taikymo pavyzdžių.

Tarkime, kad grandinę prasiskverbia magnetinis laukas, kuris laikui bėgant didėja ((3) pav.). Pavyzdžiui, iš apačios prie kontūro priartiname magnetą, kurio šiaurinis polius šiuo atveju nukreiptas į viršų, į kontūrą.

Magnetinis srautas per grandinę didėja. Indukcinė srovė turės tokią kryptį, kad jos sukuriamas magnetinis srautas neleistų padidinti išorinio magnetinio srauto. Tam reikia nukreipti indukcijos srovės sukuriamą magnetinį lauką prieš išorinis magnetinis laukas.

Indukcinė srovė teka prieš laikrodžio rodyklę, kai žiūrima iš jos sukuriamo magnetinio lauko pusės. Šiuo atveju srovė bus nukreipta pagal laikrodžio rodyklę žiūrint iš viršaus, iš išorinio magnetinio lauko pusės, kaip parodyta ((3) pav.).

Ryžiai. 3. Magnetinis srautas didėja

Dabar tarkime, kad į grandinę prasiskverbiantis magnetinis laukas laikui bėgant mažėja (4 pav.). Pavyzdžiui, mes judame magnetą žemyn nuo kilpos, o šiaurinis magneto polius yra atsuktas į kilpą.

Ryžiai. 4. Magnetinis srautas mažėja

Magnetinis srautas per grandinę mažėja. Indukcinė srovė turės tokią kryptį, kad jos pačios magnetinis srautas palaiko išorinį magnetinį srautą ir neleidžia jam mažėti. Norėdami tai padaryti, indukcijos srovės magnetinis laukas turi būti nukreiptas ta pačia kryptimi, kuris yra išorinis magnetinis laukas.

Šiuo atveju indukcinė srovė tekės prieš laikrodžio rodyklę žiūrint iš viršaus, iš abiejų magnetinių laukų pusės.

Magneto sąveika su grandine

Taigi, artėjant prie magneto ar pašalinus jį, grandinėje atsiranda indukcinė srovė, kurios kryptį lemia Lenco taisyklė. Bet magnetinis laukas veikia srovę! Atsiras ampero jėga, kuri veiks grandinę iš magnetinio lauko pusės. Kur bus nukreiptos šios jėgos?

Jei norite gerai suprasti Lenco taisyklę ir nustatyti Ampero jėgos kryptį, pabandykite atsakyti į šį klausimą patys. Tai nėra labai paprastas pratimas ir puiki užduotis C1 egzamino metu. Apsvarstykite keturis galimus atvejus.

1. Magnetą priartiname prie kontūro, šiaurinis polius nukreipiamas į kontūrą.
2. Nuimame magnetą nuo kontūro, šiaurinis polius nukreipiamas į kontūrą.
3. Magnetą priartiname prie kontūro, pietinis polius nukreipiamas į kontūrą.
4. Išimame magnetą iš grandinės, pietinis polius nukreipiamas į grandinę.

Nepamirškite, kad magneto laukas nėra vienodas: lauko linijos nukrypsta nuo šiaurinio ašigalio ir susilieja į pietus. Tai labai svarbu norint nustatyti gautą Ampero jėgą. Rezultatas yra toks.

Jei priartinsite magnetą, kontūras bus atstumtas nuo magneto. Jei nuimsite magnetą, grandinė pritrauks magnetą. Taigi, jei grandinė pakabinama ant sriegio, ji visada nukryps magneto judėjimo kryptimi, tarsi sekdama jį. Magneto polių vieta neturi reikšmės..

Bet kokiu atveju turėtumėte atsiminti šį faktą - staiga toks klausimas iškyla A1 dalyje

Tokį rezultatą galima paaiškinti ir gana bendrais samprotavimais – pasitelkus energijos tvermės dėsnį.

Tarkime, priartinsime magnetą prie kontūro. Grandinėje atsiranda indukcinė srovė. Tačiau norint sukurti srovę, reikia dirbti! Kas tai daro? Galų gale - mes, judindami magnetą. Atliekame teigiamą mechaninį darbą, kuris paverčiamas teigiamu išorinių jėgų, atsirandančių grandinėje ir sukuriančių indukcinę srovę, darbu.

Taigi mūsų darbas turėtų būti judinti magnetą teigiamas. Tai reiškia, kad mes, artėdami prie magneto, privalome įveikti magneto sąveikos su grandine jėga, kuri todėl yra jėga atstūmimas.

Dabar nuimkite magnetą. Pakartokite šiuos svarstymus ir įsitikinkite, kad tarp magneto ir grandinės turėtų atsirasti patraukli jėga.

Faradėjaus dėsnis + Lenco taisyklė = modulio pašalinimas

Aukščiau pažadėjome pašalinti Faradėjaus dėsnio modulį (5) . Lenzo taisyklė leidžia tai padaryti. Tačiau pirmiausia turėsime susitarti dėl indukcinio EML ženklo – juk be modulio dešinėje (5) pusėje EML reikšmė gali būti ir teigiama, ir neigiama.

Visų pirma, fiksuojama viena iš dviejų galimų kontūro apėjimo krypčių. Ši kryptis paskelbta teigiamas. Priešinga kontūro judėjimo kryptis vadinama atitinkamai neigiamas. Kuria kryptimi pasirinksime teigiamą aplinkkelį, nesvarbu – svarbu tik padaryti šį pasirinkimą.

Magnetinis srautas per grandinę laikomas teigiamu class="tex" alt="(!LANG:(\Phi > 0)"> !}, jei į grandinę prasiskverbiantis magnetinis laukas nukreiptas ten, žiūrint iš kur grandinė apeinama teigiama kryptimi prieš laikrodžio rodyklę. Jei nuo magnetinės indukcijos vektoriaus pabaigos matoma teigiama apėjimo kryptis pagal laikrodžio rodyklę, tada magnetinis srautas laikomas neigiamu.

Indukcijos EML laikomas teigiamu class="tex" alt="(!LANG:(\mathcal E_i > 0)"> !} jei indukcinė srovė teka teigiama kryptimi. Šiuo atveju išorinių jėgų, atsirandančių grandinėje, kai keičiasi per ją magnetinis srautas, kryptis sutampa su teigiama grandinės apėjimo kryptimi.

Ir atvirkščiai, indukcinė emf laikoma neigiama, jei indukcinė srovė teka neigiama kryptimi. Trečiųjų šalių jėgos šiuo atveju taip pat veiks išilgai neigiamos kontūro apėjimo krypties.

Taigi, leiskite grandinei būti magnetiniame lauke. Fiksuojame teigiamo kontūro apėjimo kryptį. Tarkime, kad magnetinis laukas yra nukreiptas ten, žiūrint iš to, kur teigiamas apėjimas atliekamas prieš laikrodžio rodyklę. Tada magnetinis srautas yra teigiamas: class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0"> .!}

Ryžiai. 5. Magnetinis srautas didėja

Taigi šiuo atveju mes turime . Paaiškėjo, kad indukcinio EMF ženklas yra priešingas magnetinio srauto kitimo greičio ženklui. Patikrinkim tai kitoje situacijoje.

Būtent, tarkime, kad magnetinis srautas mažėja. Pagal Lenco dėsnį indukuota srovė tekės teigiama kryptimi. Tai yra, class="tex" alt="(!LANG:\mathcal E_i > 0"> !}(6 pav.).

Ryžiai. 6. Magnetinis srautas didėja class="tex" alt="(!LANG:\Rightarrow \mathcal E_i > 0"> !}

Tai tikrai bendras faktas: su mūsų susitarimu dėl ženklų, Lenco taisyklė visada lemia tai, kad indukcijos emf ženklas yra priešingas magnetinio srauto kitimo greičio ženklui:

(6)

Taigi Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio modulio ženklas buvo pašalintas.

Sūkurinis elektrinis laukas

Panagrinėkime nejudančią grandinę, esančią kintamajame magnetiniame lauke. Koks yra indukcinės srovės atsiradimo grandinėje mechanizmas? Būtent, kokios jėgos sukelia laisvųjų krūvių judėjimą, kokia yra šių pašalinių jėgų prigimtis?

Bandydamas atsakyti į šiuos klausimus, didysis anglų fizikas Maxwellas atrado pagrindinę gamtos savybę: Laike kintantis magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką. Būtent šis elektrinis laukas veikia laisvuosius krūvius, sukeldamas indukcinę srovę.

Pasirodo, kad atsirandančio elektrinio lauko linijos yra uždaros, dėl kurių jis buvo vadinamas sūkurinis elektrinis laukas. Sūkurinio elektrinio lauko linijos eina aplink magnetinio lauko linijas ir yra nukreiptos taip.

Tegul magnetinis laukas didėja. Jei joje yra laidžioji grandinė, tada indukcijos srovė tekės pagal Lenco taisyklę – pagal laikrodžio rodyklę, žiūrint iš vektoriaus galo. Tai reiškia, kad ten yra nukreipta ir jėga, veikianti iš sūkurinio elektrinio lauko pusės teigiamus laisvuosius grandinės krūvius; tai reiškia, kad sūkurio elektrinio lauko stiprumo vektorius nukreiptas būtent ten.

Taigi sūkurio elektrinio lauko linijos šiuo atveju nukreiptos pagal laikrodžio rodyklę (žiūrime iš vektoriaus galo, (7 pav.).

Ryžiai. 7. Sūkurinis elektrinis laukas su didėjančiu magnetiniu lauku

Atvirkščiai, jei magnetinis laukas mažėja, tai sūkurio elektrinio lauko stiprumo linijos nukreipiamos prieš laikrodžio rodyklę (8 pav.).

Ryžiai. 8. Sūkurinis elektrinis laukas su mažėjančiu magnetiniu lauku

Dabar galime geriau suprasti elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Jo esmė slypi būtent tame, kad kintamasis magnetinis laukas sukuria sūkurinį elektrinį lauką. Šis efektas nepriklauso nuo to, ar magnetiniame lauke yra uždara laidžioji grandinė, ar ne; grandinės pagalba šį reiškinį nustatome tik stebėdami indukcijos srovę.

Sūkurinis elektrinis laukas kai kuriomis savybėmis skiriasi nuo mums jau žinomų elektrinių laukų: elektrostatinio lauko ir nuolatinę srovę formuojančių krūvių stacionaraus lauko.

1. Sūkurio lauko linijos yra uždaros, o elektrostatinio ir stacionaraus lauko linijos prasideda teigiamais krūviais ir baigiasi neigiamais.
2. Sūkurio laukas yra nepotencialus: jo darbas perkelti krūvį išilgai uždaros grandinės nėra lygus nuliui. Priešingu atveju sūkurio laukas negalėtų sukurti elektros srovės! Tuo pačiu metu, kaip žinome, elektrostatiniai ir stacionarūs laukai yra potencialūs.

Taigi, Indukcinis emf fiksuotoje grandinėje yra sūkurinio elektrinio lauko darbas, perkeliantis vieną teigiamą krūvį aplink grandinę.

Pavyzdžiui, kontūras turi būti spindulio žiedas ir jį prasiskverbia tolygus kintamasis magnetinis laukas. Tada sūkurio elektrinio lauko stiprumas visuose žiedo taškuose yra vienodas. Jėgos, kuria sūkurio laukas veikia krūvį, darbas yra lygus:

Todėl indukciniam EMF gauname:

Indukcijos EMF judančiame laidininke

Jei laidininkas juda pastoviame magnetiniame lauke, tada jame taip pat atsiranda indukcijos EML. Tačiau dabar priežastis yra ne sūkurinis elektrinis laukas (jis nekyla – juk magnetinis laukas pastovus), o Lorenco jėgos veikimas laidininko laisviesiems krūviams.

Apsvarstykite situaciją, kuri dažnai kyla problemų. Lygiagretūs bėgiai yra horizontalioje plokštumoje, atstumas tarp jų lygus . Bėgiai yra vertikaliame vienodame magnetiniame lauke. Plonas laidus strypas juda išilgai bėgių greičiu jis visada lieka statmenas bėgiams (9 pav.).

Ryžiai. 9. Laidininko judėjimas magnetiniame lauke

Paimkime teigiamą laisvą krūvį strypo viduje. Dėl šio krūvio judėjimo kartu su strypu greičiu, Lorenco jėga veiks krūvį:

Ši jėga nukreipta išilgai strypo ašies, kaip parodyta paveikslėlyje (pažiūrėkite patys – nepamirškite valandos rodyklės arba kairės rankos taisyklės!).

Lorenco jėga šiuo atveju atlieka išorinės jėgos vaidmenį: ji pajudina laisvuosius strypo krūvius. Perkeliant įkrovą iš taško į tašką, mūsų trečiosios šalies pajėgos atliks šiuos darbus:

(Mes taip pat laikome lygų strypo ilgį.) Todėl strypo indukcinis emf bus lygus:

(7)

Taigi strypas yra panašus į srovės šaltinį su teigiamu gnybtu ir neigiamu gnybtu. Strypo viduje, veikiant išorinei Lorenco jėgai, krūviai atsiskiria: teigiami krūviai juda link taško , neigiami – link taško .

Pirmiausia darykime prielaidą, kad bėgiai nelaidžia srovės, tada krūvių judėjimas strype pamažu sustos. Iš tiesų, kai teigiami krūviai kaupiasi pabaigoje, o neigiami krūviai pabaigoje, Kulono jėga padidės, su kuria teigiamas laisvasis krūvis atstumiamas ir pritraukiamas – ir tam tikru momentu ši Kulono jėga subalansuos Lorenco jėgą. Tarp strypo galų bus nustatytas potencialų skirtumas, lygus indukciniam EMF (7) .

Dabar tarkime, kad bėgiai ir trumpiklis yra laidūs. Tada grandinėje atsiras indukcijos srovė; jis eis kryptimi (nuo "šaltinio pliuso" iki "minuso" N). Tarkime, kad strypo varža yra lygi (tai yra srovės šaltinio vidinės varžos analogas), o sekcijos varža yra lygi (išorinės grandinės varža). Tada indukcijos srovės stiprumą galima rasti pagal Ohmo dėsnį visai grandinei:

Pažymėtina, kad indukcijos emf išraišką (7) taip pat galima gauti naudojant Faradėjaus dėsnį. Padarykime tai.
Per tą laiką mūsų meškerykotis eina keliu ir užima vietą (9 pav.). Kontūro plotas padidėja stačiakampio plotu:

Magnetinis srautas per grandinę didėja. Magnetinio srauto prieaugis yra:

Magnetinio srauto kitimo greitis yra teigiamas ir lygus indukcijos EML:

Gavome tą patį rezultatą kaip ir (7) . Pastebime, kad indukcijos srovės kryptis atitinka Lenco taisyklę. Iš tiesų, kadangi srovė teka kryptimi, tada jos magnetinis laukas yra nukreiptas priešingai nei išorinis laukas ir todėl neleidžia didėti magnetiniam srautui per grandinę.

Šiame pavyzdyje matome, kad situacijose, kai laidininkas juda magnetiniame lauke, galima veikti dviem būdais: arba įtraukiant Lorenco jėgą kaip išorinę jėgą, arba Faradėjaus dėsnio pagalba. Rezultatai bus tokie patys.

Sėdi, skaido molekules į atomus,
Pamiršta, kad bulvės laukuose genda.
V. Vysotskis

Kaip apibūdinti gravitacinę sąveiką naudojant gravitacinį lauką? Kaip apibūdinti elektrinę sąveiką naudojant elektrinį lauką? Kodėl elektrinė ir magnetinė sąveika gali būti laikoma dviem vienos elektromagnetinės sąveikos komponentais?

Pamoka-paskaita

Gravitacijos laukas. Fizikoje studijavote visuotinės gravitacijos dėsnį, pagal kurį visi kūnai vienas kitą traukia jėga, proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.

Apsvarstykite bet kurį iš Saulės sistemos kūnų ir pažymėkite jo masę m. Pagal visuotinės gravitacijos dėsnį visi kiti Saulės sistemos kūnai veikia šį kūną, o visa gravitacinė jėga, kurią žymime F, yra lygi visų šių jėgų vektorinei sumai. Kadangi kiekviena iš jėgų yra proporcinga masei m, visa jėga gali būti pavaizduota kaip vektorinis dydis, kuris priklauso nuo atstumo iki kitų Saulės sistemos kūnų, t.y. nuo mūsų pasirinkto kūno koordinačių. Iš ankstesniame skyriuje pateikto apibrėžimo matyti, kad G yra laukas. Šis laukas pavadintas gravitacinis laukas.

Kazimieras Malevičius. Juodas kvadratas

Išreikškite savo spėjimą, kodėl būtent ši Malevičiaus paveikslo reprodukcija lydi pastraipos tekstą.

Netoli Žemės paviršiaus jėga, veikianti bet kurį kūną, pavyzdžiui, jus, iš Žemės pusės, gerokai viršija visas kitas gravitacijos jėgas. Tai pažįstama gravitacijos jėga. Kadangi gravitacijos jėga yra susijusi su kūno mase santykiu F g = mg, tai G šalia Žemės paviršiaus yra tiesiog laisvojo kritimo pagreitis.

Kadangi G reikšmė nepriklauso nuo mūsų pasirinkto kūno masės ar kokio kito parametro, akivaizdu, kad jei tame pačiame erdvės taške yra kitas kūnas, tai jį veikiančią jėgą lems ta pati vertė ir padauginta iš naujo kūno masės. Taigi visų Saulės sistemos kūnų gravitacinių jėgų poveikį tam tikram bandomajam kūnui galima apibūdinti kaip gravitacinio lauko poveikį šiam bandomajam kūnui. Žodis „bandymas“ reiškia, kad šio kūno gali ir nebūti, laukas tam tikrame erdvės taške vis dar egzistuoja ir nepriklauso nuo šio kūno buvimo. Bandomasis kūnas yra skirtas tik tam, kad būtų galima išmatuoti šį lauką, matuojant visą jį veikiančią gravitacinę jėgą.

Visiškai akivaizdu, kad savo samprotavimuose galime peržengti Saulės sistemos ribas ir svarstyti bet kokią kūnų sistemą, kad ir kokia ji būtų didelė.

Gravitacinė jėga, kurią sukuria kai kurių kūnų sistema ir veikia bandomąjį kūną, gali būti pavaizduota kaip gravitacinio lauko, kurį sukuria visi kūnai (išskyrus bandomąjį), poveikį bandomajam kūnui.

Elektromagnetinis laukas. Elektrinės jėgos labai panašios į gravitacines, tik jos veikia tarp įkrautų dalelių, o panašiai įkrautoms dalelėms tai yra atstumiančios jėgos, o priešingai įkrautoms – traukos jėgos. Į visuotinės gravitacijos dėsnį panašus dėsnis yra Kulono dėsnis. Pagal ją jėga, veikianti tarp dviejų įkrautų kūnų, yra proporcinga krūvių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp kūnų kvadratui.

Dėl Kulono dėsnio ir visuotinės gravitacijos dėsnio analogijos, tai, kas buvo pasakyta apie gravitacijos jėgas, gali būti pakartota ir elektrinėms jėgoms ir vaizduoja jėgą, veikiančią iš tam tikros įkrautų kūnų sistemos bandomąjį krūvį q forma F e \ u003d qE Reikšmė E, apibūdinanti jums pažįstamą elektrinį lauką, vadinama elektrinio lauko stipriu. Išvadą apie gravitacinį lauką galima beveik pažodžiui pakartoti elektriniam laukui.

Įkrautų kūnų (arba tiesiog krūvių) sąveika, kaip jau minėta, labai panaši į bet kokių kūnų gravitacinę sąveiką. Tačiau yra vienas labai reikšmingas skirtumas. Gravitacijos jėgos nepriklauso nuo to, ar kūnai juda, ar stovi. Tačiau krūviams judant keičiasi sąveikos jėga. Pavyzdžiui, tarp dviejų vienodų fiksuotų krūvių veikia atstumiamos jėgos (12 pav., a). Jei šie krūviai juda, sąveikos jėgos pasikeičia. Be elektrinių atstumiamųjų jėgų atsiranda traukos jėgos (12 pav., b).

Ryžiai. 12. Dviejų fiksuotų krūvių sąveika (a), dviejų judančių krūvių sąveika (b)

Su šia jėga jau susipažinote iš fizikos kurso. Būtent ši jėga sukelia dviejų lygiagrečių srovės laidininkų trauką. Ši jėga vadinama magnetine jėga. Iš tiesų lygiagrečiuose laiduose, kurių srovės nukreiptos identiškai, krūviai juda, kaip parodyta paveikslėlyje, o tai reiškia, kad juos traukia magnetinė jėga. Jėga, veikianti tarp dviejų srovės laidininkų, yra tiesiog visų jėgų, veikiančių tarp krūvių, suma.

Kai kurios įkrautų kūnų sistemos sukuriama elektrinė jėga, veikianti bandomąjį krūvį, gali būti pavaizduota kaip elektrinio lauko, kurį sukuria visi įkrauti kūnai (išskyrus bandomąjį), poveikį bandomajam krūviui.

Kodėl elektrinė jėga šiuo atveju išnyksta? Viskas labai paprasta. Laidininkai turi ir teigiamų, ir neigiamų krūvių, o teigiamų krūvių skaičius tiksliai lygus neigiamų krūvių skaičiui. Todėl apskritai elektros jėgos yra kompensuojamos. Srovės atsiranda dėl judėjimo tik neigiamiems krūviams, teigiami krūviai laidininke yra nejudantys. Todėl magnetinės jėgos nėra kompensuojamos.

Mechaninis judėjimas visada yra santykinis, ty greitis visada nustatomas tam tikros atskaitos sistemos atžvilgiu ir kinta pereinant iš vienos atskaitos sistemos į kitą.

Dabar atidžiai pažiūrėkite į 12 paveikslą. Kuo skiriasi a ir b paveikslai? 6 paveiksle krūviai juda. Tačiau šis judėjimas yra tik tam tikroje mūsų pasirinktoje atskaitos sistemoje. Galime pasirinkti kitą atskaitos sistemą, kurioje abu krūviai yra nejudantys. Ir tada magnetinė jėga išnyksta. Tai rodo, kad elektrinės ir magnetinės jėgos yra tos pačios prigimties jėgos.

Ir tikrai taip. Patirtis rodo, kad yra vienas elektromagnetinė jėga, veikiantis tarp krūvių, kas skirtingose ​​atskaitos sistemose pasireiškia skirtingai. Atitinkamai, galima kalbėti apie vieną elektromagnetinis laukas, kuris yra dviejų laukų – elektrinio ir magnetinio – derinys. Skirtingose ​​atskaitos sistemose elektromagnetinio lauko elektriniai ir magnetiniai komponentai gali pasireikšti skirtingai. Visų pirma, gali pasirodyti, kad tam tikrame atskaitos rėme išnyksta elektrinis arba magnetinis elektromagnetinio lauko komponentas.

Iš judesio reliatyvumo matyti, kad elektrinė sąveika ir magnetinė sąveika yra du vienos elektromagnetinės sąveikos komponentai.

Bet jei taip, galime pakartoti išvadą apie elektrinį lauką.

Elektromagnetinė jėga, kurią sukuria kai kurių krūvių sistema ir veikia bandomąjį krūvį, gali būti pavaizduota kaip elektromagnetinio lauko, kurį sukuria visi krūviai (išskyrus bandomąjį krūvį), poveikį bandomajam krūviui.

Daugelis jėgų, veikiančių kūną vakuume arba nuolatinėje terpėje, gali būti pavaizduotos kaip atitinkamų laukų poveikio kūną rezultatas. Tokios jėgos visų pirma apima gravitacines ir elektromagnetines jėgas.

• Kiek kartų gravitacinė jėga, veikianti jus iš Žemės, yra didesnė už gravitacijos jėgą, veikiančią iš Saulės? (Saulės masė yra 330 000 kartų didesnė už Žemės masę, o atstumas nuo Žemės iki Saulės yra 150 mln. km.)
• Magnetinė jėga, veikianti tarp dviejų krūvių, kaip ir elektros jėga, yra proporcinga krūvių sandaugai. Kur bus nukreiptos magnetinės jėgos, jei 12 paveiksle b vienas iš krūvių bus pakeistas priešingo ženklo krūviu?
• Kur bus nukreiptos magnetinės jėgos 12 paveiksle, b, jei abiejų krūvių greičiai bus pakeisti?

Jau seniai žinoma, kad magnetinės geležies rūdos gabalai gali pritraukti metalinius daiktus: vinis, riešutus, metalo drožles, adatas ir kt. Gamta jiems suteikė šį gebėjimą. Tai yra natūralūs magnetai .

Atskleiskite geležies strypą natūraliam magnetui. Po kurio laiko jis įsimagnetins ir pradės traukti kitus metalinius daiktus. Baras tapo dirbtinis magnetas . Nuimkime magnetą. Jei šiuo atveju įmagnetinimas išnyksta, tada kalbama apie laikinas įmagnetinimas . Jei liks, tada prieš mus nuolatinis magnetas.

Magneto galai, kurie stipriausiai traukia metalinius objektus, vadinami magneto poliai. Silpniausia trauka yra jos vidurinėje zonoje. Jie jai skambina niekieno žemė .

Jei prie magneto vidurinės dalies pritvirtinamas siūlas ir leidžiama laisvai suktis, pakabinant jį ant trikojo, tai jis pasisuks taip, kad vienas jo polius bus orientuotas griežtai į šiaurę, o kitas griežtai į pietus. Šiaurinis magneto galas vadinamas Šiaurės ašigalis(N ), ir priešingai - pietinė(S).

Magnetų sąveika

Magnetas pritraukia kitus magnetus jų neliesdamas. Kaip ir skirtingų magnetų poliai atstumia, o priešingi poliai traukia. Ar tai ne kaip elektros krūvių sąveika?

Elektros krūviai veikia vienas kitą padedami elektrinis laukas susiformavo aplink juos. Nuolatiniai magnetai sąveikauja per atstumą, nes yra magnetinis laukas .

XIX amžiaus fizikai magnetinį lauką bandė pateikti kaip elektrostatinio analogą. Jie vertino magneto polius kaip teigiamus ir neigiamus magnetinius krūvius (atitinkamai šiaurės ir pietų polius). Tačiau jie greitai suprato, kad izoliuotų magnetinių krūvių nėra.

Vadinami du vienodo dydžio, bet skirtingo ženklo elektros krūviai elektrinis dipolis . Magnetas turi du polius ir yra magnetinis dipolis .

Elektros dipolio krūvius galima nesunkiai atskirti vienas nuo kito perpjaunant laidininką į dvi dalis, kurių skirtingose ​​dalyse jie yra. Bet taip nėra su magnetu. Padalijus nuolatinį magnetą tokiu pat būdu, gauname du naujus magnetus, kurių kiekvienas taip pat turės po du magnetinius polius.

Kūnai, turintys savo magnetinį lauką, vadinami magnetai . Įvairios medžiagos pritraukiamos skirtingais būdais. Tai priklauso nuo medžiagos struktūros. Medžiagų savybė sukurti magnetinį lauką veikiant išoriniam magnetiniam laukui vadinama magnetizmas .

Labiausiai traukia magnetai feromagnetai. Be to, jų pačių magnetinis laukas, sukurtas molekulių, atomų ar jonų, yra šimtus kartų didesnis už jį sukėlusį išorinį magnetinį lauką. Feromagnetai yra cheminiai elementai, tokie kaip geležis, kobaltas, nikelis ir kai kurie lydiniai.

Paramagnetai yra medžiagos, kurios įmagnetinamos išoriniame lauke jo kryptimi. Silpnai traukia magnetai. Cheminiai elementai aliuminis, natris, magnis, geležies druskos, kobaltas, nikelis ir kt. yra paramagnetų pavyzdžiai.

Tačiau yra medžiagų, kurias ne traukia, o atstumia magnetai. Jie vadinami diamagnetai. Jie įmagnetinami prieš išorinio magnetinio lauko kryptį, tačiau gana silpnai atstumia magnetus. Tai varis, sidabras, cinkas, auksas, gyvsidabris ir kt.

Oerstedo patirtis

Tačiau magnetinį lauką sukuria ne tik nuolatiniai magnetai.

1820 m. danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas vienoje iš savo paskaitų universitete pademonstravo studentams laido kaitinimo iš „voltinės kolonos“ patirtį. Vienas iš elektros grandinės laidų buvo ant stiklinio jūrinio kompaso dangtelio, gulėjusio ant stalo. Kai mokslininkas uždarė elektros grandinę ir laidu tekėjo srovei, magnetinė kompaso adata staiga nukrypo į šoną. Žinoma, Oerstedas iš pradžių manė, kad tai tik nelaimingas atsitikimas. Tačiau pakartojęs eksperimentą tomis pačiomis sąlygomis, jis gavo tą patį rezultatą. Tada jis pradėjo keisti atstumą nuo laido iki rodyklės. Kuo ji didesnė, tuo silpniau rodyklė nukrypo. Bet tai dar ne viskas. Leisdamas srovę per laidus, pagamintus iš skirtingų metalų, jis nustatė, kad net tie, kurie neturėjo magnetinių savybių, staiga tapo magnetais, kai per juos praeina elektros srovė. Rodyklė nukrypdavo net tada, kai nuo laido su srove buvo atskirta ekranais iš nelaidžių medžiagų: medžio, stiklo, akmenų. Net ir įdėtas į vandens baką, jis vis tiek toliau nukrypdavo. Nutrūkus elektros grandinei, magnetinė kompaso adata grįžo į pradinę būseną. Tai reiškė, kad laidininkas, nešantis elektros srovę, sukuria magnetinį lauką, kuri verčia rodyklę nustatyti tam tikra kryptimi.

Hansas Kristianas Oerstedas

Magnetinė indukcija

Magnetiniam laukui būdinga jėga yra magnetinė indukcija . Tai vektorinis dydis, nulemiantis jo poveikį judantiems krūviams tam tikrame lauko taške.

Magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis sutampa su magnetinės adatos, esančios magnetiniame lauke, šiaurinio poliaus kryptimi. Magnetinės indukcijos matavimo vienetas SI sistemoje yra tesla ( Tl) . Magnetinė indukcija matuojama prietaisais, vadinamais teslametrai.

Jei lauko magnetinės indukcijos vektoriai visuose lauko taškuose yra vienodi pagal dydį ir kryptį, tai toks laukas vadinamas vienalyčiu.

Nepainiokite sąvokos magnetinio lauko indukcija ir elektromagnetinės indukcijos reiškinys .

Grafiškai magnetinis laukas pavaizduotas naudojant jėgos linijas.

jėgos linijos , arba magnetinės indukcijos linijos , vadinamos tiesėmis, kurių liestinės tam tikrame taške sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi. Šių linijų tankis atspindi magnetinės indukcijos vektoriaus dydį.

Šių linijų vietos vaizdą galima gauti atlikus paprastą eksperimentą. Pabarsčius geležies drožles ant lygaus kartono ar stiklo gabalo ir uždėjus ant magneto, matosi, kaip drožlės išsidėsto tam tikromis linijomis. Šios linijos yra magnetinio lauko linijų pavidalo.

Magnetinės indukcijos linijos visada yra uždaros. Jie neturi nei pradžios, nei pabaigos. Išėję iš šiaurės ašigalio, jie patenka į pietus ir užsidaro magneto viduje.

Laukai su uždaromis vektorių linijomis vadinami sūkurys. Todėl magnetinis laukas yra sūkurys. Kiekviename jo taške magnetinės indukcijos vektorius turi savo kryptį. Jis nustatomas pagal magnetinės adatos kryptį šiame taške arba pagal gimlet taisyklė (magnetiniam laukui aplink laidininką su srove).

Gimlet (sraigtinė) taisyklė ir dešinės rankos taisyklė

Šios taisyklės leidžia paprastai ir gana tiksliai nustatyti magnetinės indukcijos linijų kryptį nenaudojant jokių fizinių instrumentų.

Norėdami suprasti, kaip tai veikia gimlet taisyklė , įsivaizduokite, kad dešine ranka įsukame grąžtą arba kamščiatraukį.

Jei antgalio transliacinio judėjimo kryptis sutampa su srovės tekėjimo laidininke kryptimi, tai antgalio rankenos sukimosi kryptis sutampa su magnetinės indukcijos linijų kryptimi.

Šios taisyklės variantas yra dešinės rankos taisyklė .

Jei mintyse apvyniosite dešinę ranką aplink srovės laidininką taip, kad 90 ° sulenktas nykštys parodytų srovės kryptį, likę pirštai parodys šios srovės sukuriamų lauko magnetinės indukcijos linijų kryptį. , o magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis, nukreipta tangentiškai į šias linijas.

magnetinis srautas

Į vienodą magnetinį lauką pastatykime plokščią uždarą kontūrą. Vadinama vertė, lygi jėgos linijų, einančių per kontūro paviršių, skaičiui magnetinis srautas .

F = V S cosα ,

kur F yra magnetinio srauto dydis;

AT yra indukcijos vektoriaus modulis;

S yra kontūro sritis;

α yra kampas tarp magnetinės indukcijos vektoriaus krypties ir normaliosios (statmenos) kontūro plokštumai.

Keičiantis pasvirimo kampui, keičiasi magnetinio srauto dydis.

Jei kontūro plokštuma yra statmena magnetiniam laukui ( α = 0), tada per jį einantis magnetinis srautas bus maksimalus.

F max = V S

Jei kontūras yra lygiagretus magnetiniam laukui ( α =90 0), tada srautas šiuo atveju bus lygus nuliui.

Lorenco jėga

Žinome, kad elektrinis laukas veikia bet kokius krūvius, nesvarbu, ar jie yra ramybės būsenoje, ar juda. Magnetinis laukas gali paveikti tik judančius krūvius.

Jėgos, veikiančios iš magnetinio lauko jame judantį vienetinį elektros krūvį, išraišką nustatė olandų fizikas teoretikas. Hendrikas Antonas Lorenzas.Ši jėga buvo vadinama Lorenco jėga .

Hendrikas Antonas Lorenzas

Lorenco jėgos modulis nustatomas pagal formulę:

F= q v B sinα ,

kur q yra mokesčio dydis;

v yra krūvio greitis magnetiniame lauke;

B - magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulis;

α - kampas tarp indukcijos vektoriaus ir greičio vektoriaus.

Kur nukreipta Lorenco jėga? Tai lengva nustatyti naudojant kairės rankos taisyklės : « Jei kairiosios rankos delną padėsite taip, kad keturi ištiesti pirštai rodytų teigiamo elektros krūvio judėjimo kryptį, o magnetinio lauko linijos patektų į delną, tai nykštys, sulenktas 90 0, parodys piršto judėjimo kryptį. Lorenco jėga».

Ampero dėsnis

1820 m., kai Oerstedas nustatė, kad elektros srovė sukuria magnetinį lauką, garsus prancūzų fizikas André Marie Ampère'as tęsė elektros srovės ir magneto sąveikos tyrimus.

André Marie Ampère'as

Atlikęs eksperimentus mokslininkas nustatė, kad ant tiesaus laidininko su srove, esančio magnetiniame lauke su indukcija AT, jėga veikia iš lauko pusėsF , proporcingas srovės stiprumui ir magnetinio lauko indukcijai. Šis įstatymas vadinamas Ampero dėsnis , ir jėga vadinama Ampero galia .

F= aš L B sinα ,

kur aš - srovės stipris laidininke;

L - laidininko ilgis magnetiniame lauke;

B - magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulis;

α - kampas tarp magnetinio lauko vektoriaus ir srovės krypties laidininke.

Ampero jėga turi didžiausią vertę, jei kampas α yra lygus 90 0 .

Ampero jėgos, kaip ir Lorenco jėgos, kryptis taip pat patogiai nustatoma pagal kairės rankos taisyklę.

Kairę ranką pastatome taip, kad keturi pirštai rodytų srovės kryptį, o lauko linijos patektų į delną. Tada 90 0 sulenktas nykštys parodys Ampero jėgos kryptį.

Stebėdamas dviejų plonų laidininkų sąveiką su srove, mokslininkas nustatė, kad lygiagretūs srovės laidininkai traukia, jei srovės teka ta pačia kryptimi, ir atstumia, jei srovės teka priešingomis kryptimis.

Žemės magnetinis laukas

Mūsų planeta yra milžiniškas nuolatinis magnetas su magnetiniu lauku aplink jį. Šis magnetas turi šiaurinį ir pietinį polius. Netoli jų Žemės magnetinis laukas yra ryškiausias. Kompaso adata nustatyta išilgai magnetinių linijų. Vienas jo galas nukreiptas į šiaurės ašigalį, kitas – į pietus.

Žemės magnetiniai poliai karts nuo karto keičiasi vietomis. Tiesa, taip nutinka nedažnai. Tai įvyko 7 kartus per pastaruosius milijonus metų.

Magnetinis laukas apsaugo Žemę nuo kosminės spinduliuotės, kuri daro destruktyvų poveikį visai gyvai būtybei.

Paveikiamas Žemės magnetinis laukas saulėtas vėjas, kuris yra jonizuotų dalelių srautas, dideliu greičiu išbėgantis iš Saulės vainiko. Jis ypač sustiprėja saulės blyksnių metu. Pro mūsų planetą skriejančios dalelės sukuria papildomus magnetinius laukus, dėl kurių keičiasi Žemės magnetinio lauko charakteristikos. Kilti magnetinės audros. Tiesa, jie išsilaiko neilgai. Ir po kurio laiko magnetinis laukas atsistato. Bet jie gali pridaryti daug problemų, nes turi įtakos elektros linijų, radijo ryšio darbui, sukelia įvairių prietaisų veikimo sutrikimus, pablogina žmogaus širdies ir kraujagyslių, kvėpavimo ir nervų sistemų darbą. Nuo oro priklausomi žmonės jiems ypač jautrūs.

Magnetinis laukas apibūdinamas naudojant magnetinės indukcijos vektorių ().

Jei laisvai besisukanti magnetinė adata, kuri yra mažas magnetas su poliais (šiaurės (N) ir pietų (S)), įdedama į magnetinį lauką, ji suksis tol, kol tam tikru būdu nusistos. Rėmas su srove elgiasi panašiai, pakabintas ant lanksčios pakabos, turintis galimybę pasukti. Magnetinio lauko gebėjimas orientuoti magnetinę adatą naudojamas magnetinės indukcijos vektoriaus krypčiai nustatyti.

Magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis

Taigi, magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis yra kryptis, rodanti magnetinės adatos šiaurinį polių, kuris gali laisvai suktis magnetiniame lauke.

Ta pati kryptis turi teigiamą normalią uždaros grandinės su srove. Teigiamo normaliojo kryptis nustatoma naudojant dešiniojo sraigto (įvorės) taisyklę: teigiama normalioji nukreipta ten, kur įvorė persiverstų, jei jo galvutė būtų pasukta srovės tekėjimo grandinėje kryptimi.

Naudodami grandinę su srove arba magnetine adata, galite sužinoti, kaip magnetinio lauko magnetinės indukcijos vektorius nukreipiamas bet kuriame taške.

Norint nustatyti vektoriaus kryptį, kartais patogu naudoti vadinamąją dešinės rankos taisyklę. Jis taikomas tokiu būdu. Vaizduotėje jie bando dešine ranka suimti laidininką taip, kad tuo pat metu nykštys rodytų srovės stiprumo kryptį, tada likusių pirštų galiukai būtų nukreipti taip pat, kaip magnetinė indukcija. vektorius.

Ypatingi nuolatinės srovės magnetinės indukcijos vektoriaus krypties atvejai

Jei magnetinį lauką erdvėje sukuria tiesinis srovės laidininkas, tada magnetinė adata bus nustatyta bet kuriame lauko taške liestine apskritimams, kurių centrai yra ant laidininko ašies, o plokštumos yra statmenos viela. Šiuo atveju magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis nustatoma naudojant dešiniojo varžto taisyklę. Jei varžtas pasukamas taip, kad judėtų į priekį srovės kryptimi laidu, tai varžto galvutės sukimasis sutampa su vektoriaus kryptimi. Ant pav. 1 yra nukreiptas nuo mūsų, statmenas figūros plokštumai.

Sutelkdami dėmesį į reljefą kompaso pagalba, kiekvieną kartą atliekame eksperimentą, siekdami nustatyti Žemės lauko vektoriaus kryptį.

Tegul įkrauta dalelė juda magnetiniame lauke, tada Lorenco jėga (), kuri apibrėžiama taip:

čia q yra dalelių krūvis; - dalelių greičio vektorius. Lorenco jėga ir magnetinės indukcijos vektorius visada yra vienas kitam statmeni. Už didesnį nei nulį mokestį ( title="(!LANG:Rended by QuickLaTeX.com" height="16" width="43" style="vertical-align: -4px;">), тройка векторов и связана правилом правого винта (рис.2).!}

Magnetinio lauko linijos ir vektoriaus B kryptis

Galite vizualizuoti magnetinio lauko vaizdą naudodami magnetinės indukcijos linijas. Lauko magnetinės indukcijos linijomis vadinamos tiesės, kurių liestinės bet kuriame taške yra nagrinėjamo lauko magnetinės indukcijos vektoriai. Tiesiam laidininkui su srove magnetinės indukcijos linijos yra koncentriniai apskritimai, jų plokštumos statmenos laidininkui, centrai yra ant laido ašies. Magnetinio lauko linijų specifiškumas slypi tame, kad jos yra begalinės ir visada uždaros (arba eina į begalybę). Tai reiškia, kad magnetinis laukas yra sūkurys.

Vektoriaus B superpozicijos principas

Jeigu magnetinį lauką sukuria ne vienas, o srovių ar judančių krūvių derinys, tai jis randamas kaip vektorinė atskirų laukų suma, kurią sukuria kiekvienas srovės ar judantis krūvis atskirai. Formulės pavidalu superpozicijos principas parašytas taip:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS