Manyetik alan ve özellikleri - konu anlatımı. Manyetik alanın kaynağı nedir

Tıpkı dinlenme halindeki bir elektrik yükünün başka bir yüke etki etmesi gibi elektrik alanı Bir elektrik akımı başka bir akıma etki eder manyetik alan . Manyetik alanın etkisi kalıcı mıknatıslar Bu, bir maddenin atomlarında hareket eden ve mikroskobik dairesel akımlar yaratan yükler üzerindeki etkisine dayanır.

doktrini elektromanyetizma iki hüküm dayanmaktadır:

• manyetik alan hareketli yüklere ve akımlara etki eder;
• Akımların ve hareketli yüklerin etrafında bir manyetik alan oluşur.

Mıknatıs etkileşimi

Kalıcı mıknatıs(veya manyetik iğne) Dünyanın manyetik meridyeni boyunca yönlendirilir. Kuzeyi gösteren uca denir kuzey kutbu(N) ve karşı uç ise güney kutbu(S). İki mıknatısı birbirine yaklaştırdığımızda benzer kutupların birbirini ittiğini, farklı kutupların ise birbirini çektiğini görürüz ( pirinç. 1 ).

Kalıcı bir mıknatısı iki parçaya keserek kutupları ayırırsak, her birinin aynı zamanda iki kutup, yani kalıcı bir mıknatıs olacak ( pirinç. 2 ). Her iki kutup da (kuzey ve güney) birbirinden ayrılamaz ve eşit haklara sahiptir.

Dünyanın veya kalıcı mıknatısların yarattığı manyetik alan, elektrik alanı gibi manyetik kuvvet çizgileriyle temsil edilir. Bir mıknatısın manyetik alan çizgilerinin bir resmi, üzerine demir talaşlarının eşit bir tabaka halinde serpildiği bir kağıt yaprağının üzerine yerleştirilmesiyle elde edilebilir. Talaş, manyetik bir alana maruz kaldığında mıknatıslanır; her birinin kuzey ve güney kutupları vardır. Zıt kutuplar birbirine yaklaşma eğilimindedir ancak bu, talaşın kağıda sürtünmesiyle önlenir. Parmağınızla kağıda hafifçe vurursanız sürtünme azalacak ve talaşlar birbirine çekilerek manyetik alan çizgilerini temsil eden zincirler oluşturacaktır.

Açık pirinç. 3 manyetik alan çizgilerinin yönünü gösteren, doğrudan mıknatıs alanındaki talaşın ve küçük manyetik okların konumunu gösterir. Bu yön yön olarak alınır kuzey kutbu manyetik iğne.

Oersted'in deneyimi. Akımın manyetik alanı

İÇİNDE XIX'in başı V. Danimarkalı bilim adamı Ørsted yaptım önemli keşif, keşfettikten sonra elektrik akımının kalıcı mıknatıslar üzerindeki etkisi . Manyetik bir iğnenin yakınına uzun bir tel yerleştirdi. Telden akım geçtiğinde ok döndü ve kendisine dik olarak konumlandırmaya çalıştı ( pirinç. 4 ). Bu durum iletken çevresinde manyetik alanın ortaya çıkmasıyla açıklanabilir.

Akım taşıyan düz bir iletkenin oluşturduğu manyetik alan çizgileri, kendisine dik bir düzlemde yer alan ve merkezleri akımın geçtiği noktada bulunan eşmerkezli dairelerdir ( pirinç. 5 ). Çizgilerin yönü sağ vida kuralına göre belirlenir:

Vida alan çizgileri yönünde döndürülürse iletkendeki akım yönünde hareket edecektir. .

Manyetik alanın güç karakteristiği manyetik indüksiyon vektörü B . Her noktada alan çizgisine teğet olarak yönlendirilir. Elektrik alan çizgileri pozitif yüklerde başlayıp negatif yüklerde biter ve bu alandaki yüke etki eden kuvvet her noktada çizgiye teğet olarak yönlendirilir. Elektrik alanından farklı olarak, doğada “manyetik yüklerin” bulunmamasından dolayı manyetik alan çizgileri kapalıdır.

Bir akımın manyetik alanı temel olarak kalıcı bir mıknatısın yarattığı alandan farklı değildir. Bu anlamda, düz bir mıknatısın bir analogu, uzun bir solenoiddir - uzunluğu, çapından önemli ölçüde daha büyük olan bir tel bobinidir. Onun yarattığı manyetik alan çizgilerinin diyagramı, şekilde gösterilmiştir. pirinç. 6 , düz bir mıknatısınkine benzer ( pirinç. 3 ). Daireler, solenoid sargıyı oluşturan telin kesitlerini gösterir. Telin içinden gözlemciden uzağa doğru akan akımlar çarpı işaretleri ile gösterilir ve zıt yöndeki (gözlemciye doğru) akımlar noktalarla gösterilir. Aynı gösterimler, çizim düzlemine dik olan manyetik alan çizgileri için de kabul edilir ( pirinç. 7 a, b).

Solenoid sargısındaki akımın yönü ve içindeki manyetik alan çizgilerinin yönü de sağ vida kuralıyla ilişkilidir ve bu durumda bu kural aşağıdaki gibi formüle edilir:

Solenoidin ekseni boyunca bakarsanız, saat yönünde akan akım, içinde, yönü sağ vidanın hareket yönü ile çakışan bir manyetik alan oluşturur ( pirinç. 8 )

Bu kurala dayanarak, şekilde gösterilen solenoidin anlaşılması kolaydır. pirinç. 6 Kuzey kutbu onun sağ ucu, güney kutbu ise soludur.

Solenoidin içindeki manyetik alan tekdüzedir - manyetik indüksiyon vektörünün orada sabit bir değeri vardır (B = sabit). Bu bakımdan solenoid, içinde düzgün bir elektrik alanının oluşturulduğu paralel plakalı bir kapasitöre benzer.

Akım taşıyan bir iletkene manyetik alanda etki eden kuvvet

Manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene bir kuvvetin etki ettiği deneysel olarak tespit edilmiştir. Düzgün bir alanda, B alan vektörüne dik olarak yerleştirilmiş, içinden bir akımın aktığı l uzunluğunda düz bir iletken şu kuvveti etkiler: F = ben l B .

Kuvvetin yönü belirlendi sol el kuralı:

Sol elin uzatılmış dört parmağı iletkendeki akım yönünde yerleştirilirse ve avuç içi B vektörüne dik ise, o zaman uzatılmış parmak baş parmak iletkene etkiyen kuvvetin yönünü gösterir (pirinç. 9 ).

Manyetik alanda akım bulunan bir iletkene etki eden kuvvetin, kuvvet çizgilerine teğet olarak yönlendirilmediğine dikkat edilmelidir. elektrik kuvveti, ancak onlara dik. Kuvvet çizgileri üzerinde bulunan iletken manyetik kuvvetten etkilenmez.

Denklem F = IlB Manyetik alan indüksiyonunun niceliksel bir özelliğini vermenizi sağlar.

Davranış iletkenin özelliklerine bağlı değildir ve manyetik alanın kendisini karakterize eder.

Manyetik indüksiyon vektör modülü B sayısal olarak kuvvete eşit içinden bir amperlik bir akımın aktığı, kendisine dik olarak yerleştirilmiş birim uzunluktaki bir iletkene etki eden.

SI sisteminde manyetik alan indüksiyonunun birimi tesladır (T):

Manyetik alan. Tablolar, diyagramlar, formüller

(Mıknatısların etkileşimi, Oersted deneyi, manyetik indüksiyon vektörü, vektör yönü, süperpozisyon ilkesi. Grafik resmi manyetik alanlar, manyetik indüksiyon hatları. Manyetik akı, alanın enerji özellikleri. Manyetik kuvvetler, Amper kuvveti, Lorentz kuvveti. Yüklü parçacıkların manyetik alanda hareketi. Maddenin manyetik özellikleri, Ampere hipotezi)

1

Bu makale, kalıcı mıknatısların vektör ve skaler manyetik alanlarına ilişkin çalışmaların sonuçlarını ve bunların dağılımlarının belirlenmesini sunmaktadır.

kalıcı mıknatıs

elektromıknatıs

vektör manyetik alanı

Skaler manyetik alan.

2. Borisenko A.I., Tarapov I.E. Vektör analizi ve tensör hesabının başlangıcı. - M.: Yüksek Lisans, 1966.

3. Kumpyak D.E. Vektör ve tensör analizi: öğretici. – Tver: Tverskoy devlet üniversitesi, 2007. – 158 s.

4.McConnell A.J. Geometri, mekanik ve fizik uygulamalarıyla tensör analizine giriş. – M.: Fizmatlit, 1963. – 411 s.

5. Borisenko A.I., Tarapov I.E. Vektör analizi ve tensör hesabının başlangıcı. – 3. baskı. – M.: Yüksekokul, 1966.

Kalıcı mıknatıslar. Sabit manyetik alan.

Mıknatıs- Bunlar, manyetik alanlarının etkisiyle demir ve çelik nesneleri çekme ve bazılarını itme yeteneğine sahip cisimlerdir. Manyetik alan çizgileri mıknatısın güney kutbundan geçerek kuzey kutbundan çıkar (Şekil 1).

Pirinç. 1. Mıknatıs ve manyetik alan çizgileri

Kalıcı mıknatıs, mıknatıslanma durumunu uzun süre koruyan, yüksek artık manyetik indüksiyona sahip sert manyetik malzemeden yapılmış bir üründür. Kalıcı mıknatıslar üretilmektedir çeşitli şekiller ve otonom (enerji tüketmeyen) manyetik alan kaynakları olarak kullanılırlar (Şekil 2).

Elektromıknatıs, elektrik akımı geçtiğinde manyetik alan oluşturan bir cihazdır. Tipik olarak bir elektromıknatıs, sarımdan bir elektrik akımı geçtiğinde mıknatısın özelliklerini kazanan bir ferromanyetik çekirdeğin sarımından oluşur.

Pirinç. 2. Kalıcı mıknatıs

Öncelikle mekanik kuvvet oluşturmak için tasarlanan elektromıknatıslar aynı zamanda kuvveti ileten bir armatür (manyetik devrenin hareketli bir parçası) içerir.

Manyetitten yapılan kalıcı mıknatıslar eski çağlardan beri tıpta kullanılmaktadır. Mısır Kraliçesi Kleopatra manyetik bir muska takıyordu.

İÇİNDE Antik Çin“İmparatorluk İç Hastalıkları Kitabı” vücuttaki Qi enerjisini - “yaşam gücü” düzeltmek için manyetik taşların kullanılması konusunu ele alıyordu.

Manyetizma teorisi ilk olarak Fransız fizikçi Andre Marie Ampere tarafından geliştirildi. Onun teorisine göre demirin mıknatıslanması, madde içinde dolaşan elektrik akımlarının varlığıyla açıklanmaktadır. Ampere, deneylerinin sonuçlarına ilişkin ilk raporlarını 1820 sonbaharında Paris Bilimler Akademisi'nin bir toplantısında yaptı. “Manyetik alan” kavramı fiziğe İngiliz fizikçi Michael Faraday tarafından tanıtıldı. Mıknatıslar manyetik bir alan aracılığıyla etkileşir ve ayrıca manyetik kuvvet çizgileri kavramını da ortaya attı.

Vektör manyetik alanı

Bir vektör alanı, söz konusu uzaydaki her noktayı, o noktada başlayan bir vektörle ilişkilendiren bir eşlemedir. Örneğin rüzgar hızı vektörü şu anda zaman noktadan noktaya değişir ve bir vektör alanıyla tanımlanabilir (Şekil 3).

Skaler manyetik alan

Uzayın belirli bir bölgesinin (çoğunlukla 2 veya 3 boyutlu) her M noktası belirli (genellikle gerçek) bir u sayısıyla ilişkilendirilirse, o zaman bu bölgede bir skaler alanın belirtildiğini söylerler. Başka bir deyişle, skaler alan, Rn'yi R'ye (uzaydaki bir noktanın skaler fonksiyonu) eşleyen bir fonksiyondur.

Gennady Vasilyevich Nikolaev basit bir şekilde anlatıyor, gösteriyor ve bilimin garip bir nedenden dolayı bulamadığı ikinci tip manyetik alanın varlığını kanıtlamak için basit deneyler kullanıyor. Ampere zamanından beri hala var olduğuna dair bir varsayım var. Nikolaev tarafından keşfedilen alanı skaler olarak adlandırdı, ancak hala sıklıkla onun adıyla anılıyor. Nikolaev, sıradan olanlarla benzetmeyi tamamlamak için elektromanyetik dalgaları getirdi mekanik dalgalar. Artık fizik, elektromanyetik dalgaları yalnızca enine olarak kabul ediyor, ancak Nikolaev kendinden emin ve bunların aynı zamanda boylamsal veya skaler olduklarını da kanıtlıyor ve bu mantıklı, bir dalganın doğrudan basınç olmadan nasıl ileri doğru yayılabileceği tamamen saçma. Bilim adamına göre uzunlamasına alan, muhtemelen teorilerin ve ders kitaplarının düzenlenmesi sürecinde bilim tarafından kasıtlı olarak gizlendi. Bu basit bir niyetle yapıldı ve diğer kesintilerle tutarlıydı.

Pirinç. 3. Vektör manyetik alanı

Yapılan ilk kesinti, yayın süresinin olmamasıydı. Neden?! Çünkü eter enerjidir, yani basınç altında olan bir ortamdır. Ve bu baskı eğer süreç doğru organize edilirse bedava bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir!!! İkinci kesim, boyuna dalganın ortadan kaldırılmasıdır, bu, eğer eter bir basınç kaynağı, yani enerji ise, o zaman ona sadece enine dalgalar eklenirse, o zaman serbest veya serbest olmayacak bir sonucudur. serbest enerji elde edilemediği için boyuna bir dalgaya ihtiyaç vardır.

Daha sonra dalgaların karşıt süperpozisyonu eter basıncının dışarı pompalanmasını mümkün kılar. Bu teknolojiye genellikle sıfır noktası denir ve bu genellikle doğrudur. Artı ve eksi bağlantısının sınırındadır (artan ve düşük tansiyon), karşıt hareket eden dalgalarla, Bloch bölgesi olarak adlandırılan bölgeyi veya ortamın ek enerjisinin çekileceği ortama (eter) basitçe bir dalış elde edebilirsiniz.

Çalışma, G.V. Nikolaev'in "Modern elektrodinamik ve paradoksal doğasının nedenleri" kitabında anlatılan deneylerden bazılarını pratik olarak tekrarlama ve Stefan Marinov'un jeneratörünü ve motorunu evde mümkün olduğunca yeniden üretme girişimidir.

G.V.'yi deneyimleyin Mıknatıslı Nikolaev: İki tane kullanıldı yuvarlak mıknatıs hoparlörlerden

Bir düzlem üzerinde zıt kutuplara sahip iki düz mıknatıs. Birbirlerini çekerler (Şekil 4), ancak dik olduklarında (kutupların yönü ne olursa olsun) çekim kuvveti yoktur (sadece tork mevcuttur) (Şekil 5).

Şimdi mıknatısları ortadan kesip farklı kutuplara sahip çiftler halinde bağlayarak orijinal boyutta mıknatıslar oluşturalım (Şek. 6).

Bu mıknatıslar aynı düzlemde yerleştirildiğinde (Şek. 7), örneğin tekrar birbirlerini çekecekler, dik olarak konumlandırıldıklarında ise zaten iteceklerdir (Şek. 8). İkinci durumda, bir mıknatısın kesim çizgisi boyunca etki eden uzunlamasına kuvvetler, diğer mıknatısın yan yüzeylerine etki eden enine kuvvetlere bir tepkidir ve bunun tersi de geçerlidir. Boyuna kuvvetin varlığı elektrodinamik yasalarıyla çelişir. Bu kuvvet, mıknatısların kesildiği yerde mevcut olan skaler manyetik alanın sonucudur. Böyle bir kompozit mıknatısa siberian kolia denir.

Manyetik kuyu, bir vektör manyetik alanının ittiği ve skaler bir manyetik alanın çektiği ve aralarında bir mesafe yaratıldığı bir olgudur.

Bibliyografik bağlantı

Zhangisina G.D., Syzdykbekov N.T., Zhanbirov Zh.G., Sagyntai M., Mukhtarbek E.K. KALICI MIKNATISLAR VE KALICI MANYETİK ALANLAR // Modern doğa bilimindeki gelişmeler. – 2015. – Sayı 1-8. – S.1355-1357;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35401 (erişim tarihi: 04/05/2019). "Doğa Bilimleri Akademisi" yayınevinin yayınladığı dergileri dikkatinize sunuyoruz

Manyetik alanın bir özelliğinin ne olduğunu anlamak için birçok olgunun tanımlanması gerekir. Aynı zamanda nasıl ve neden göründüğünü önceden hatırlamanız gerekir. Manyetik alanın kuvvet karakteristiğinin ne olduğunu öğrenin. Böyle bir alanın sadece mıknatıslarda oluşmaması önemlidir. Bu konuda dünyanın manyetik alanının özelliklerinden bahsetmenin zararı olmaz.

Alanın ortaya çıkışı

Başlangıç ​​olarak alanın ortaya çıkışını anlatmalıyız. Daha sonra manyetik alanı ve özelliklerini tanımlayabilirsiniz. Yüklü parçacıkların hareketi sırasında ortaya çıkar. Özellikle canlı iletkenleri etkileyebilir. Manyetik alan ile hareketli yükler veya içinden akımın geçtiği iletkenler arasındaki etkileşim, elektromanyetik adı verilen kuvvetler nedeniyle meydana gelir.

Yoğunluk veya güç karakteristiği belirli bir uzaysal noktadaki manyetik alan, manyetik indüksiyon kullanılarak belirlenir. İkincisi B sembolüyle gösterilir.

Alanın grafiksel gösterimi

Manyetik alan ve özellikleri, indüksiyon çizgileri kullanılarak grafiksel biçimde gösterilebilir. Bu tanım, herhangi bir noktada teğetleri manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışacak olan çizgileri ifade eder.

Bu çizgiler manyetik alanın özelliklerine dahil edilir ve yönünü ve yoğunluğunu belirlemek için kullanılır. Manyetik alanın şiddeti ne kadar yüksek olursa bu çizgiler o kadar fazla çizilecektir.

Manyetik çizgiler nelerdir

Düz akım taşıyan iletkenlerdeki manyetik çizgiler, merkezi ilgili iletkenin ekseninde bulunan eşmerkezli bir daire şeklindedir. Akım taşıyan iletkenlerin yakınındaki manyetik çizgilerin yönü, şu şekilde görünen gimlet kuralı ile belirlenir: eğer jilet, iletkene akım yönünde vidalanacak şekilde konumlandırılmışsa, o zaman sapın dönme yönü karşılık gelir manyetik çizgilerin yönüne.

Akımlı bir bobinde manyetik alanın yönü de jilet kuralıyla belirlenecektir. Solenoid dönüşlerinde kolun akım yönünde döndürülmesi de gereklidir. Manyetik indüksiyon hatlarının yönü, jiletin öteleme hareketinin yönüne karşılık gelecektir.

Manyetik alanın temel özelliğidir.

Eşit koşullar altında tek bir akım tarafından oluşturulan alanın yoğunluğu, farklı ortamlar nedeniyle farklı olacaktır. manyetik özellikler bu maddelerde. Ortamın manyetik özellikleri mutlak manyetik geçirgenlik ile karakterize edilir. Metre başına Henry (g/m) cinsinden ölçülür.

Manyetik alanın karakteristiği, manyetik sabit olarak adlandırılan, vakumun mutlak manyetik geçirgenliğini içerir. Ortamın mutlak manyetik geçirgenliğinin sabitten kaç kat farklı olacağını belirleyen değere bağıl manyetik geçirgenlik denir.

Maddelerin manyetik geçirgenliği

Bu boyutsuz bir miktardır. Geçirgenlik değeri birden küçük olan maddelere diyamanyetik denir. Bu maddelerde alan, boşluktakinden daha zayıf olacaktır. Bu özellikler hidrojen, su, kuvars, gümüş vb. maddelerde mevcuttur.

Manyetik geçirgenliği birliği aşan ortamlara paramanyetik denir. Bu maddelerde alan, boşluktakinden daha güçlü olacaktır. Bu ortamlar ve maddeler arasında hava, alüminyum, oksijen ve platin bulunur.

Paramanyetik ve diyamanyetik maddeler söz konusu olduğunda, manyetik geçirgenliğin değeri, harici mıknatıslanma alanının voltajına bağlı olmayacaktır. Bu, belirli bir madde için miktarın sabit olduğu anlamına gelir.

Ferromıknatıslar özel bir gruba aittir. Bu maddeler için manyetik geçirgenlik birkaç bin veya daha fazlasına ulaşacaktır. Mıknatıslanma ve manyetik alanı arttırma özelliğine sahip olan bu maddeler elektrik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alan gücü

Bir manyetik alanın özelliklerini belirlemek için manyetik indüksiyon vektörüyle birlikte manyetik alan kuvveti adı verilen bir değer kullanılabilir. Bu terim dış manyetik alanın yoğunluğunu belirler. Tüm yönlerde aynı özelliklere sahip bir ortamda manyetik alanın yönü, yoğunluk vektörü, alan noktasındaki manyetik indüksiyon vektörü ile çakışacaktır.

Ferromıknatısların gücü, küçük mıknatıslar şeklinde temsil edilebilecek, keyfi olarak mıknatıslanmış küçük parçaların varlığıyla açıklanmaktadır.

Manyetik alan olmadığında ferromanyetik bir madde belirgin manyetik özelliklere sahip olmayabilir, çünkü alanların alanları farklı yönelimler kazanır ve toplam manyetik alanları sıfırdır.

Manyetik alanın temel karakteristiğine göre, eğer bir ferromıknatıs harici bir manyetik alana, örneğin akımlı bir bobine yerleştirilirse, dış alanın etkisi altında alanlar dış alan yönünde dönecektir. Ayrıca bobindeki manyetik alan artacak ve manyetik indüksiyon artacaktır. Dış alan yeterince zayıfsa, manyetik alanları dış alanın yönüne yakın olan tüm alanların yalnızca bir kısmı dönecektir. Dış alanın gücü arttıkça döndürülen alan sayısı artacak ve dış alan voltajının belirli bir değerinde manyetik alanlar dış alan yönünde konumlanacak şekilde hemen hemen tüm parçalar döndürülecektir. Bu duruma manyetik doygunluk denir.

Manyetik indüksiyon ve gerilim arasındaki ilişki

Ferromanyetik bir maddenin manyetik indüksiyonu ile dış alan kuvveti arasındaki ilişki, mıknatıslanma eğrisi adı verilen bir grafik kullanılarak gösterilebilir. Eğri grafiğinin büküldüğü noktada manyetik indüksiyonun artış hızı azalır. Bükülme sonrasında gerilimin belirli bir değere ulaştığı noktada doygunluk meydana gelir ve eğri hafifçe yükselerek yavaş yavaş düz bir çizgi şeklini alır. Bu alanda indüksiyon hala artıyor, ancak oldukça yavaş ve yalnızca dış alan kuvvetinin artması nedeniyle.

Gösterge verilerinin grafiksel bağımlılığı doğrudan değildir, bu da oranlarının sabit olmadığı ve malzemenin manyetik geçirgenliğinin sabit bir gösterge olmadığı, dış alana bağlı olduğu anlamına gelir.

Malzemelerin manyetik özelliklerindeki değişiklikler

Ferromanyetik çekirdekli bir bobinde akım kuvveti doygunluğu tamamlayacak kadar artırılıp daha sonra azaltıldığında, mıknatıslanma eğrisi manyetiklik giderme eğrisi ile çakışmayacaktır. Sıfır yoğunlukta, manyetik indüksiyon aynı değere sahip olmayacak, ancak artık manyetik indüksiyon adı verilen belirli bir gösterge elde edecektir. Manyetik indüksiyonun mıknatıslama kuvvetinin gerisinde kaldığı duruma histerezis denir.

Bobindeki ferromanyetik çekirdeğin tamamen manyetikliğini gidermek için gerekli voltajı yaratacak ters akımın verilmesi gerekir. Farklı ferromanyetik maddeler için bir parça gereklidir çeşitli uzunluklar. Ne kadar büyük olursa, manyetikliğin giderilmesi için gereken enerji miktarı da o kadar büyük olur. Malzemenin tamamen manyetikliğinin giderildiği değere zorlayıcı kuvvet denir.

Bobindeki akımın daha da artmasıyla indüksiyon tekrar doygunluğa yükselecektir, ancak manyetik hatların yönü farklı olacaktır. Manyetikliği giderirken ters yön artık indüksiyon elde edilecektir. Artık mıknatıslanma olgusu, yüksek artık mıknatıslanma indeksine sahip maddelerden kalıcı mıknatıslar oluştururken kullanılır. Çekirdekler yeniden mıknatıslanma yeteneğine sahip maddelerden oluşturulur elektrikli makineler ve enstrümanlar.

Sol el kuralı

Akım taşıyan bir iletkene etki eden kuvvet, sol el kuralıyla belirlenen bir yöne sahiptir: bakire elin avuç içi, manyetik çizgilerin içine gireceği şekilde konumlandırıldığında ve dört parmak akım yönünde uzatıldığında. iletkende bükülmüş başparmak kuvvetin yönünü gösterecektir. Bu güç indüksiyon vektörüne ve akıma dik.

Manyetik alanda hareket eden akım taşıyan bir iletken, değişen bir elektrik motorunun prototipi olarak kabul edilir. elektrik enerjisi mekanik.

Sağ el kuralı

Bir iletken manyetik alanda hareket ettiğinde, manyetik indüksiyonla, ilgili iletkenin uzunluğuyla ve hareket hızıyla orantılı bir değere sahip olan bir elektromotor kuvvet, içinde indüklenir. Bu bağımlılığa elektromanyetik indüksiyon denir. Bir iletkende indüklenen emk'nin yönünü belirlerken şu kuralı kullanın: sağ el: sağ el örnekte olduğu gibi sol el ile aynı şekilde konumlandırıldığında, manyetik çizgiler avuç içine girer ve başparmak iletkenin hareket yönünü gösterir, uzatılmış parmaklar indüklenen emk'nin yönünü gösterir. Harici bir mekanik kuvvetin etkisi altında manyetik akı içinde hareket eden bir iletken, mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir elektrik jeneratörünün en basit örneğidir.

Farklı bir şekilde formüle edilebilir: kapalı bir döngüde, bu döngünün kapsadığı manyetik akıdaki herhangi bir değişiklikle bir EMF indüklenir; döngüdeki EMF, bu döngüyü kapsayan manyetik akının değişim hızına sayısal olarak eşittir.

Bu form ortalama bir EMF göstergesi sağlar ve EMF'nin manyetik akıya değil, değişim hızına bağımlılığını gösterir.

Lenz Yasası

Lenz yasasını da unutmamak gerekiyor: Devreden geçen manyetik alan değiştiğinde indüklenen akım, manyetik alanı bu değişimi engeller. Bir bobinin sarımlarına farklı büyüklükteki manyetik akı nüfuz ederse, tüm bobin boyunca indüklenen EMF, farklı sarımlardaki EDE'nin toplamına eşit olur. Bobinin farklı dönüşlerindeki manyetik akıların toplamına akı bağlantısı denir. Bu miktarın yanı sıra manyetik akı için de ölçüm birimi Weber'dir.

Devredeki elektrik akımı değiştiğinde oluşturduğu manyetik akı da değişir. Aynı zamanda kanuna göre elektromanyetik indüksiyon iletkenin içinde bir EMF indüklenir. İletkendeki akımdaki bir değişiklikle bağlantılı olarak ortaya çıkar, bu nedenle bu olguya kendi kendine indüksiyon denir ve iletkende indüklenen EMF'ye kendi kendine indüksiyon EMF'si denir.

Akı bağlantısı ve manyetik akı yalnızca akım gücüne değil aynı zamanda belirli bir iletkenin boyutuna ve şekline ve çevredeki maddenin manyetik geçirgenliğine de bağlıdır.

İletken endüktansı

Orantı faktörüne iletkenin endüktansı denir. Bir iletkenin içinden elektrik geçtiğinde akı bağlantısı oluşturma yeteneğini ifade eder. Bu, elektrik devrelerinin ana parametrelerinden biridir. Belirli devreler için endüktans sabit bir değerdir. Devrenin boyutuna, konfigürasyonuna ve ortamın manyetik geçirgenliğine bağlı olacaktır. Bu durumda devredeki akım gücü ve manyetik akı önemli olmayacaktır.

Yukarıdaki tanımlar ve olaylar, manyetik alanın ne olduğuna dair bir açıklama sağlar. Bu fenomenin tanımlanabileceği manyetik alanın temel özellikleri de verilmiştir.

Akım bobinine sertleştirilmiş bir çelik çubuk yerleştirirseniz, daha sonra, bir demir çubuğun aksine, manyetikliği giderilmez akımı kapatır ve mıknatıslamayı uzun süre korur.

Mıknatıslamayı uzun süre koruyan cisimlere kalıcı mıknatıslar veya basitçe mıknatıslar denir.

Fransız bilim adamı Ampere, demir ve çeliğin mıknatıslanmasını, bu maddelerin her bir molekülünün içinde dolaşan elektrik akımlarıyla açıkladı. Ampere zamanında atomun yapısı hakkında hiçbir şey bilinmiyordu, dolayısıyla moleküler akımların doğası bilinmiyordu. Artık her atomda, hareket ederken manyetik alanlar oluşturan, demirin mıknatıslanmasına neden olan negatif yüklü elektron parçacıklarının bulunduğunu biliyoruz. çelik.

Mıknatıslar çok çeşitli şekillerde olabilir. Şekil 290'da bir yay ve şerit mıknatıslar gösterilmektedir.

Mıknatısın en güçlü olduğu yerler manyetik eylemlere mıknatıs kutupları denir(Şek. 291). Her mıknatısın, bildiğimiz manyetik iğne gibi, zorunlu olarak iki kutbu vardır; kuzey (K) ve güney (S).

Mıknatısı metalden yapılmış nesnelere yakın tutarak çeşitli malzemelerçok azının mıknatıs tarafından çekildiği tespit edilebilir. İyi mıknatısın çektiği dökme demir, çelik, demir ve çok daha zayıf olan bazı alaşımlar - nikel ve kobalt.

Doğal mıknatıslar doğada bulunur (Şek. 292) - demir cevheri (manyetik demir cevheri denir). Zengin mevduat Urallarda manyetik demir cevherimiz var, Ukrayna'da, Karelya Özerk Sovyet Sosyalist Cumhuriyeti'nde, Kursk bölgesinde ve diğer birçok yerde.

Demir, çelik, nikel, kobalt ve diğer bazı alaşımlar, manyetik demir cevheri varlığında manyetik özellikler kazanır. Manyetik demir cevheri, insanların ilk kez cisimlerin manyetik özelliklerine aşina olmalarını sağladı.

Manyetik bir iğne benzer bir iğneye yaklaştırılırsa dönecek ve zıt kutupları birbirine karşı koyacaktır (Şekil 293). Ok herhangi bir mıknatısla aynı şekilde etkileşime girer. Bir mıknatısı manyetik iğnenin kutuplarına yaklaştırdığınızda iğnenin kuzey kutbunun mıknatısın kuzey kutbu tarafından itildiğini ve güney kutbuna çekildiğini fark edeceksiniz. Okun güney kutbu mıknatısın güney kutbu tarafından itilir ve kuzey kutbu tarafından çekilir.

Açıklanan deneylere dayanarak, bu mümkündür şu sonuca varıyoruz; farklı isimler Manyetik kutuplar, kutupların ittiği gibi çeker.

Mıknatısların etkileşimi, her mıknatısın etrafında bir manyetik alanın bulunmasıyla açıklanmaktadır. Bir mıknatısın manyetik alanı başka bir mıknatısa etki eder ve bunun tersine, ikinci mıknatısın manyetik alanı birinci mıknatısa etki eder.

Demir talaşlarını kullanarak kalıcı mıknatısların manyetik alanı hakkında fikir edinebilirsiniz. Şekil 294 bir çubuk mıknatısın manyetik alanı hakkında bir fikir vermektedir. Hem bir akımın manyetik alanının manyetik çizgileri hem de bir mıknatısın manyetik alanının manyetik çizgileri kapalı çizgilerdir. Mıknatısın dışında, manyetik çizgiler mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güney kutbuna girerek mıknatısın içine kapanır.

Şekil 295a manyetik alanı göstermektedir iki mıknatısın manyetik alan çizgileri, benzer kutuplarla birbirine bakan ve Şekil 295'te b - zıt kutuplarla birbirine bakan iki mıknatıs. Şekil 296 yay şekilli bir mıknatısın manyetik alan çizgilerini göstermektedir.

Tüm bu resimlerin deneyim yoluyla elde edilmesi kolaydır.

Sorular. 1. Bir demir parçasını ve bir çelik parçasını akım kullanarak mıknatıslamanın farkı nedir? 2, Hangi cisimlere kalıcı mıknatıs denir? 3. Ampere demirin mıknatıslanmasını nasıl açıkladı? 4. Şimdi Ampere'nin moleküler akımlarını nasıl açıklayabiliriz? 5. Bir mıknatısın manyetik kutuplarına ne denir? 6. Mıknatısın çektiği hangi maddeleri biliyorsunuz? 7. Mıknatısların kutupları birbirleriyle nasıl etkileşir? 8. Mıknatıslanmış bir çelik çubuğun kutuplarını belirlemek için manyetik iğneyi nasıl kullanabilirsiniz? 9. Bir mıknatısın manyetik alanı hakkında nasıl fikir edinebilirsiniz? 10. Bir mıknatısın manyetik alan çizgileri nelerdir?

Elektrik akımı iki paralel iletkene bağlandığında, bağlı akımın yönüne (kutupluluğuna) bağlı olarak çeker veya iterler. Bu, bu iletkenlerin çevresinde özel bir tür maddenin ortaya çıkması olgusuyla açıklanmaktadır. Bu maddeye manyetik alan (MF) denir. Manyetik kuvvet, iletkenlerin birbirlerine etki ettiği kuvvettir.

Manyetizma teorisi eski zamanlarda ortaya çıktı. eski uygarlık Asya. Magnesia dağlarında parçaları birbirini çekebilen özel bir kaya buldular. Yerin adına göre bu kayaya “manyetik” deniyordu. Bir çubuk mıknatısın iki kutbu vardır. Manyetik özellikleri özellikle kutuplarda belirgindir.

Bir ipliğe asılan mıknatıs, kutuplarıyla birlikte ufkun kenarlarını gösterecektir. Kutupları kuzeye ve güneye dönük olacak. Pusula cihazı bu prensiple çalışır. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutuplar ise iter.

Bilim adamları, bir iletkenin yakınına yerleştirilen mıknatıslanmış bir iğnenin, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde saptığını keşfettiler. Bu onun etrafında bir MP oluştuğunu gösteriyor.

Manyetik alan şunları etkiler:

Hareketli elektrik yükleri.
Ferromıknatıs adı verilen maddeler: demir, dökme demir ve bunların alaşımları.

Kalıcı mıknatıslar, yüklü parçacıkların (elektronların) ortak bir manyetik momentine sahip gövdelerdir.

1 - Mıknatısın güney kutbu
2 - Mıknatısın kuzey kutbu
3 - MP metal talaşı örneğini kullanarak
4 - Manyetik alan yönü

Kalıcı bir mıknatıs yaklaştığında kuvvet çizgileri belirir kağıt levhaüzerine bir demir talaşı tabakası dökülür. Şekil, yönlendirilmiş kuvvet çizgileri ile kutupların konumlarını açıkça göstermektedir.

Manyetik alan kaynakları

• Elektrik alanı zamanla değişir.
• Mobil ücretler.
• Kalıcı mıknatıslar.

Çocukluğumuzdan beri kalıcı mıknatıslara aşinayız. Çeşitli ilgi çeken oyuncaklar olarak kullanıldılar metal parçalar. Buzdolabına bağlandılar, çeşitli oyuncakların içine yerleştirildiler.

Hareket halindeki elektrik yükleri çoğunlukla kalıcı mıknatıslara kıyasla daha fazla manyetik enerjiye sahiptir.

Özellikler

• Ana ayırt edici özellik ve manyetik alanın özelliği göreliliktir. Yüklü bir cismi belirli bir referans çerçevesinde hareketsiz bırakırsanız ve yakınına manyetik bir iğne yerleştirirseniz, o zaman kuzeye işaret edecek ve aynı zamanda dünyanın alanı dışında yabancı bir alanı "hissedmeyecektir" . Ve yüklü bir cismi okun yakınında hareket ettirmeye başlarsanız, vücudun etrafında bir MP görünecektir. Sonuç olarak, MF'nin yalnızca belirli bir yük hareket ettiğinde oluştuğu ortaya çıkıyor.
• Manyetik alan elektrik akımını etkileyebilir ve etkileyebilir. Yüklü elektronların hareketi izlenerek tespit edilebilir. Manyetik alanda yüklü parçacıklar sapacak, akım akan iletkenler hareket edecektir. Akım kaynağının bağlı olduğu çerçeve dönmeye başlayacak ve mıknatıslanmış malzemeler belirli bir mesafeye hareket edecektir. Pusula iğnesi çoğunlukla renklidir mavi. Mıknatıslanmış çelikten yapılmış bir şerittir. Dünyanın manyetik bir alanı olduğundan pusula her zaman kuzeyi gösterir. Tüm gezegen kendi kutupları olan büyük bir mıknatıs gibidir.

Manyetik alan insan organları tarafından algılanmaz, yalnızca özel cihazlar ve sensörler tarafından tespit edilebilir. Değişken ve kalıcı tiplerde gelir. Alternatif alan genellikle özel indüktörler tarafından oluşturulur. klima. Sabit bir elektrik alanı, sabit bir alan oluşturur.

Tüzük

Çeşitli iletkenler için manyetik alanı tasvir etmenin temel kurallarını ele alalım.

Gimlet kuralı

Kuvvet çizgisi, mevcut hareket yoluna 90° açıyla konumlandırılan bir düzlemde gösterilmektedir, böylece her noktada kuvvet çizgiye teğetsel olarak yönlendirilir.

Manyetik kuvvetlerin yönünü belirlemek için, sağ dişli bir jilet kuralını hatırlamanız gerekir.

Dirsek mevcut vektörle aynı eksen boyunca konumlandırılmalı, jilet kendi yönünde hareket edecek şekilde sap döndürülmelidir. Bu durumda çizgilerin yönü, burgu sapının döndürülmesiyle belirlenir.

Halka gimlet kuralı

Halka şeklinde yapılmış bir iletken içindeki jiletin öteleme hareketi, indüksiyonun nasıl yönlendirildiğini gösterir; dönüş, akımın akışıyla çakışır.

Kuvvet çizgileri mıknatısın içinde devam eder ve açık olamaz.

Farklı kaynakların manyetik alanı birbirine eklenir. Bunu yaparken ortak bir alan oluşturuyorlar.

Aynı kutuplara sahip mıknatıslar birbirini iter, farklı kutuplara sahip mıknatıslar çeker. Etkileşim gücünün değeri aralarındaki mesafeye bağlıdır. Kutuplar yaklaştıkça kuvvet artar.

Manyetik alan parametreleri

• Akış bağlantısı ( Ψ ).
• Manyetik indüksiyon vektörü ( İÇİNDE).
• Manyetik akı ( F).

Manyetik alanın yoğunluğu, F kuvvetine bağlı olan ve uzunluğa sahip bir iletken boyunca I akımı tarafından oluşturulan manyetik indüksiyon vektörünün boyutu ile hesaplanır. l: B = F / (I * l).

Manyetik indüksiyon, manyetizma olaylarını inceleyen ve hesaplama yöntemleri üzerinde çalışan bilim adamının onuruna Tesla (T) cinsinden ölçülür. 1 T manyetik akı indüksiyon kuvvetine eşittir 1 N uzun uzadıya 1 m açılı düz iletken 90 0 bir amperlik akan akımla alanın yönüne doğru:

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

Sol el kuralı

Kural manyetik indüksiyon vektörünün yönünü bulur.

Sol elin avuç içi, manyetik alan çizgileri kuzey kutbundan avuç içine 90 0'de girecek şekilde alana yerleştirilirse ve 4 parmak akım akışı boyunca yerleştirilirse, başparmak manyetik kuvvetin yönünü gösterecektir.

İletken farklı bir açıdaysa, kuvvet doğrudan akıma ve iletkenin düzleme dik açıyla izdüşümüne bağlı olacaktır.

Kuvvet, iletken malzemenin türüne ve kesitine bağlı değildir. İletken yoksa ve yükler farklı bir ortamda hareket ediyorsa kuvvet değişmeyecektir.

Manyetik alan vektörü bir büyüklükte bir yönde yönlendirildiğinde, alana düzgün denir. Çeşitli ortamlar indüksiyon vektörünün boyutunu etkiler.

Manyetik akı

Belirli bir S alanından geçen ve bu alanla sınırlı olan manyetik indüksiyon, manyetik akıdır.

Alan indüksiyon hattına belirli bir α açısıyla eğimliyse, manyetik akı bu açının kosinüsü kadar azalır. En büyük değeri, alan manyetik indüksiyona dik açıda olduğunda oluşur:

F = B*S.

Manyetik akı aşağıdaki gibi bir birimde ölçülür: "weber" büyüklüğün indüksiyon akışına eşittir 1 ton bölgeye göre 1 m2.

Akı bağlantısı

Bu kavram oluşturmak için kullanılır. genel anlam manyetik kutuplar arasında bulunan belirli sayıda iletkenden oluşturulan manyetik akı.

Aynı akımın olması durumunda BEN n sayıda sarımlı bir sarımdan aktığında, tüm sarımların oluşturduğu toplam manyetik akı akı bağlantısıdır.

Akı bağlantısı Ψ Webers cinsinden ölçülür ve şuna eşittir: Ψ = n * Ф.

Manyetik özellikler

Manyetik geçirgenlik, belirli bir ortamdaki manyetik alanın, vakumdaki alan indüksiyonundan ne kadar düşük veya yüksek olduğunu belirler. Bir madde kendi manyetik alanını üretiyorsa mıknatıslanmış madde olarak adlandırılır. Bir madde manyetik alana yerleştirildiğinde mıknatıslanır.

Bilim insanları cisimlerin manyetik özellik kazanmasının nedenini belirledi. Bilim adamlarının hipotezine göre içeride maddeler var elektrik akımları mikroskobik boyut. Bir elektronun kuantum niteliğinde olan kendi manyetik momenti vardır ve atomlarda belirli bir yörünge boyunca hareket eder. Manyetik özellikleri belirleyen bu küçük akımlardır.

Akımlar rastgele hareket ederse, bunların neden olduğu manyetik alanlar kendi kendini telafi eder. Dış alan akımların düzenli olmasını sağlar, böylece bir manyetik alan oluşur. Bu maddenin mıknatıslanmasıdır.

Çeşitli maddeler manyetik alanlarla etkileşimlerinin özelliklerine göre bölünebilir.

Gruplara ayrılırlar:

Paramıknatıslar– dış alan yönünde mıknatıslanma özelliklerine sahip olan ve manyetizma potansiyeli düşük olan maddeler. Pozitif alan gücüne sahiptirler. Bu tür maddeler arasında ferrik klorür, manganez, platin vb. bulunur.
Ferrimanyetler– yön ve değer bakımından dengesiz manyetik momentlere sahip maddeler. Telafi edilmemiş antiferromanyetizmanın varlığı ile karakterize edilirler. Alan gücü ve sıcaklık manyetik duyarlılıklarını (çeşitli oksitler) etkiler.
Ferromıknatıslar– gerilime ve sıcaklığa bağlı olarak pozitif duyarlılığı artan maddeler (kobalt, nikel vb. kristalleri).
Diamıknatıslar– dış alanın zıt yönünde mıknatıslanma özelliğine sahiptir, yani, negatif değer gerilimden bağımsız manyetik duyarlılık. Alanın yokluğunda bu madde manyetik özelliklere sahip olmayacaktır. Bu maddeler şunları içerir: gümüş, bizmut, nitrojen, çinko, hidrojen ve diğer maddeler.
Antiferromıknatıslar – Dengeli bir manyetik momente sahiptirler, bu da maddenin düşük derecede mıknatıslanmasına neden olur. Isıtıldığında, maddenin paramanyetik özelliklerin ortaya çıktığı bir faz geçişi meydana gelir. Sıcaklık belli bir sınırın altına düştüğünde bu tür özellikler (krom, manganez) ortaya çıkmayacaktır.

Dikkate alınan mıknatıslar ayrıca iki kategoriye daha ayrılır:

Yumuşak manyetik malzemeler . Zorlayıcılıkları düşüktür. Düşük güçlü manyetik alanlarda doygun hale gelebilirler. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi işlemi sırasında küçük kayıplar yaşarlar. Sonuç olarak, bu tür malzemeler alternatif voltajda (, jeneratör) çalışan elektrikli cihazların çekirdeklerinin üretiminde kullanılmaktadır.
Sert manyetik malzemeler. Arttırılmış bir zorlayıcı güce sahiptirler. Bunları yeniden mıknatıslamak için güçlü bir manyetik alan gereklidir. Bu tür malzemeler kalıcı mıknatısların üretiminde kullanılmaktadır.

Manyetik özellikler çeşitli maddeler teknik projelerde ve buluşlarda kullanımlarını bulurlar.

Manyetik devreler

Birkaç manyetik maddenin birleşimine manyetik devre denir. Benzerdirler ve benzer matematik yasalarıyla belirlenirler.

Manyetik devreler temelinde çalışın elektrikli ev aletleri, endüktans, . Çalışan bir elektromıknatısta akı, ferromanyetik olmayan hava ve ferromanyetik malzemeden yapılmış bir manyetik devre boyunca akar. Bu bileşenlerin birleşimi manyetik bir devredir. Birçok elektrikli cihazın tasarımında manyetik devreler bulunur.