ما هو المجال المغناطيسي؟ §16. المجال المغناطيسي وخصائصه وخصائصه

المجال المغناطيسي هو منطقة من الفضاء يكون فيها تكوين البيونات ، مرسلات جميع التفاعلات ، دورانًا ديناميكيًا ومنسقًا بشكل متبادل.

يتزامن اتجاه عمل القوى المغناطيسية مع محور دوران البيونات باستخدام قاعدة اللولب الصحيحة. خاصية القوة حقل مغناطيسييحددها تواتر دوران البيونات. كلما زادت السرعة ، كان المجال أقوى. سيكون من الأصح استدعاء مجال مغناطيسي كهرديناميكي ، لأنه ينشأ فقط عندما تتحرك الجسيمات المشحونة ، ويعمل فقط على الشحنات المتحركة.

دعونا نشرح لماذا المجال المغناطيسي ديناميكي. من أجل ظهور مجال مغناطيسي ، من الضروري أن تبدأ البيونات بالدوران ، ولا يمكن أن تجعلها تدور إلا بشحنة متحركة ، مما يجذب أحد أقطاب البيون. إذا لم تتحرك الشحنة ، فلن يدور السهم.

يتكون المجال المغناطيسي فقط حول الشحنات الكهربائية التي تتحرك. هذا هو السبب في المغناطيسية الحقل الكهربائيهي جزء لا يتجزأ من المجال الكهرومغناطيسي. مكونات المجال المغناطيسي مترابطة وتعمل على بعضها البعض ، وتغير خصائصها.

خصائص المجال المغناطيسي:

• ينشأ المجال المغناطيسي تحت تأثير الشحنات الدافعة للتيار الكهربائي.
• في أي نقطة ، يتميز المجال المغناطيسي بمتجه لكمية فيزيائية تسمى الحث المغناطيسي ، وهي إحدى خصائص القوة في المجال المغناطيسي.
• يمكن أن يؤثر المجال المغناطيسي فقط على المغناطيس والموصلات والشحنات المتحركة.
• يمكن أن يكون المجال المغناطيسي من النوع الثابت والمتغير
• يقاس المجال المغناطيسي فقط بأدوات خاصة ولا يمكن أن تدركه حواس الإنسان.
• المجال المغناطيسي هو ديناميكي كهربائي ، حيث يتم إنشاؤه فقط أثناء حركة الجسيمات المشحونة ويؤثر فقط على الشحنات المتحركة.
• تتحرك الجسيمات المشحونة على طول مسار عمودي.

يعتمد حجم المجال المغناطيسي على معدل تغير المجال المغناطيسي. وفقًا لهذه الميزة ، هناك نوعان من المجال المغناطيسي: المجال المغناطيسي الديناميكي والمجال المغناطيسي للجاذبية.يظهر المجال المغناطيسي للجاذبية بالقرب فقط الجسيمات الأوليةويتكون اعتمادًا على السمات الهيكلية لهذه الجسيمات.

تحدث اللحظة المغناطيسية عندما يعمل مجال مغناطيسي على إطار موصل. بمعنى آخر ، العزم المغناطيسي هو متجه يقع على الخط الذي يعمل بشكل عمودي على الإطار.

يمكن تمثيل المجال المغناطيسي بيانياً باستخدام المغناطيسية خطوط القوة. يتم رسم هذه الخطوط في مثل هذا الاتجاه بحيث يتزامن اتجاه قوى المجال مع اتجاه خط المجال نفسه. خطوط المجال المغناطيسي متصلة ومغلقة في نفس الوقت. يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام إبرة مغناطيسية. تحدد خطوط القوة أيضًا قطبية المغناطيس ، والنهاية بمخرج خطوط القوة هي القطب الشمالي ، والنهاية بمدخل هذه الخطوط هي القطب الجنوبي.

عند توصيلهما بموصلين متوازيين للتيار الكهربي ، فسوف يجتذبون أو يتنافرون ، اعتمادًا على اتجاه (قطبية) التيار المتصل. يفسر ذلك ظهور نوع خاص من المادة حول هذه الموصلات. هذه المسألة تسمى المجال المغناطيسي (MF). القوة المغناطيسية هي القوة التي تعمل بها الموصلات على بعضها البعض.

نشأت نظرية المغناطيسية في العصور القديمة ، في حضارة آسيا القديمة. في مغنيسيا ، في الجبال ، وجدوا صخرة خاصة ، يمكن أن تنجذب قطع منها إلى بعضها البعض. باسم المكان ، كان يسمى هذا الصنف "المغناطيس". يحتوي قضيب المغناطيس على قطبين. تظهر خصائصه المغناطيسية بشكل خاص في القطبين.

سيُظهر المغناطيس المعلق على خيط جوانب الأفق بقطبيه. سوف يتحول أقطابها إلى الشمال والجنوب. تعمل البوصلة على هذا المبدأ. الأقطاب المقابلة لمغناطيسين تتجاذب وتتنافر مثل الأقطاب.

وجد العلماء أن إبرة ممغنطة ، تقع بالقرب من الموصل ، تنحرف عندما يمر تيار كهربائي عبرها. هذا يشير إلى أن MF يتشكل حوله.

يؤثر المجال المغناطيسي على:

تحريك الشحنات الكهربائية.
مواد تسمى المغناطيسات الحديدية: الحديد والحديد الزهر وسبائكها.

المغناطيس الدائم عبارة عن أجسام لها لحظة مغناطيسية مشتركة للجسيمات المشحونة (الإلكترونات).

1 — القطب الجنوبيمغناطيس
2 - القطب الشمالي للمغناطيس
3 - النائب عن مثال برادة معدنية
4 - اتجاه المجال المغناطيسي

تظهر خطوط الحقل عند الاقتراب المغناطيس الدائمإلى صفيحة ورقية تُسكب عليها طبقة من برادة الحديد. يوضح الشكل بوضوح أماكن القطبين مع خطوط القوة الموجهة.

مصادر المجال المغناطيسي

• المجال الكهربائي الذي يتغير بمرور الوقت.
• رسوم المحمول.
• مغناطيس دائم.

لقد عرفنا المغناطيس الدائم منذ الطفولة. تم استخدامها كلعب تجذب أجزاء معدنية مختلفة لأنفسهم. تم توصيلها بالثلاجة ، وتم تصنيعها في ألعاب مختلفة.

غالبًا ما تحتوي الشحنات الكهربائية المتحركة على طاقة مغناطيسية أكثر من المغناطيس الدائم.

ملكيات

• النسبية هي السمة المميزة الرئيسية وخصائص المجال المغناطيسي. إذا تُرك جسم مشحون بلا حراك في إطار مرجعي معين ، وتم وضع إبرة مغناطيسية في مكان قريب ، فستشير إلى الشمال ، وفي نفس الوقت لن "تشعر" بحقل غريب ، باستثناء مجال الأرض . وإذا بدأ الجسم المشحون في التحرك بالقرب من السهم ، فسيظهر مجال مغناطيسي حول الجسم. نتيجة لذلك ، يتضح أن MF يتشكل فقط عندما تتحرك شحنة معينة.
• المجال المغناطيسي قادر على التأثير والتأثير كهرباء. يمكن اكتشافه من خلال مراقبة حركة الإلكترونات المشحونة. في المجال المغناطيسي ، تنحرف الجسيمات المشحونة ، وتتحرك الموصلات ذات التيار المتدفق. سوف يدور الإطار الذي يعمل بالطاقة الحالية ، وستتحرك المواد الممغنطة مسافة معينة. غالبًا ما يتم رسم إبرة البوصلة لون ازرق. إنه شريط من الفولاذ الممغنط. تتجه البوصلة دائمًا إلى الشمال ، لأن الأرض بها مجال مغناطيسي. الكوكب كله مثل مغناطيس كبير بقطبيه.

المجال المغناطيسي لا يدركه الأعضاء البشرية ، ولا يمكن اكتشافه إلا بواسطة أجهزة وأجهزة استشعار خاصة. إنه متغير ودائم. عادة ما يتم إنشاء الحقل المتغير بواسطة محاثات خاصة تعمل من التيار المتناوب. يتكون الحقل الثابت من مجال كهربائي ثابت.

قواعد

ضع في اعتبارك القواعد الأساسية لصورة المجال المغناطيسي لمختلف الموصلات.

حكم gimlet

يُصوَّر خط القوة في مستوى يقع بزاوية 90 0 على المسار الحالي بحيث يتم توجيه القوة في كل نقطة بشكل عرضي إلى الخط.

لتحديد اتجاه القوى المغناطيسية ، عليك أن تتذكر قاعدة المثقاب ذي الخيط الأيمن.

يجب وضع المخرج على طول نفس المحور مثل المتجه الحالي ، ويجب تدوير المقبض بحيث يتحرك المخرج في اتجاه اتجاهه. في هذه الحالة ، يتم تحديد اتجاه الخطوط عن طريق تدوير مقبض المثقاب.

حكم gimlet الدائري

تُظهر الحركة الانتقالية للمخوق في الموصل ، المصنوعة على شكل حلقة ، كيفية توجيه الحث ، ويتزامن الدوران مع التدفق الحالي.

خطوط القوة لها استمرار داخل المغناطيس ولا يمكن فتحها.

يتم تلخيص المجال المغناطيسي لمختلف المصادر مع بعضها البعض. وبذلك ، فإنهم يخلقون مجالًا مشتركًا.

المغناطيسات التي لها نفس القطب تتنافر مع بعضها البعض ، في حين أن المغناطيسات ذات الأقطاب المختلفة تتجاذب. تعتمد قيمة قوة التفاعل على المسافة بينهما. مع اقتراب القطبين ، تزداد القوة.

معلمات المجال المغناطيسي

• تسلسل الدفق ( Ψ ).
• ناقل الحث المغناطيسي ( في).
• الفيض المغناطيسي ( F).

تُحسب شدة المجال المغناطيسي بحجم متجه الحث المغناطيسي ، والذي يعتمد على القوة F ، ويتشكل بواسطة التيار I عبر موصل له طول ل: V \ u003d F / (I * l).

يقاس الحث المغناطيسي بـ Tesla (Tl) ، تكريما للعالم الذي درس ظاهرة المغناطيسية وتعامل مع طرق حسابها. 1 T يساوي تحريض التدفق المغناطيسي بالقوة 1 نفي الطول 1 م موصل مباشربزاوية 90 0 إلى اتجاه المجال ، بتيار متدفق من أمبير واحد:

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

حكم اليد اليسرى

تحدد القاعدة اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

إذا تم وضع كف اليد اليسرى في الحقل بحيث تدخل خطوط المجال المغناطيسي راحة اليد من القطب الشمالي عند 90 0 ، ويتم وضع 4 أصابع على طول التيار ، إبهاميوضح اتجاه القوة المغناطيسية.

إذا كان الموصل بزاوية مختلفة ، فستعتمد القوة بشكل مباشر على التيار وإسقاط الموصل على مستوى بزاوية قائمة.

لا تعتمد القوة على نوع مادة الموصل والمقطع العرضي لها. إذا لم يكن هناك موصل ، وتحركت الشحنات في وسط آخر ، فلن تتغير القوة.

عندما يكون اتجاه متجه المجال المغناطيسي في اتجاه واحد بحجم واحد ، يسمى المجال منتظم. تؤثر البيئات المختلفة على حجم ناقل الحث.

الفيض المغناطيسي

الحث المغناطيسي الذي يمر عبر منطقة معينة S ومحدود بهذه المنطقة هو تدفق مغناطيسي.

إذا كانت المنطقة تحتوي على منحدر بزاوية ما α لخط الاستقراء ، فإن التدفق المغناطيسي ينخفض ​​بحجم جيب تمام هذه الزاوية. تتشكل أكبر قيمة لها عندما تكون المنطقة في زوايا قائمة على الحث المغناطيسي:

F \ u003d B * S.

يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدة مثل "ويبر"، وهو ما يساوي تدفق الاستقراء بالقيمة 1 تحسب المنطقة في 1 م 2.

ربط التدفق

يستخدم هذا المفهوم للخلق معنى عامالتدفق المغناطيسي ، والذي يتم إنشاؤه من عدد معين من الموصلات الموجودة بين الأقطاب المغناطيسية.

عندما نفس التيار أنايتدفق من خلال الملف مع عدد المنعطفات n ، إجمالي التدفق المغناطيسي المتكون من جميع المنعطفات هو رابط التدفق.

ربط التدفق Ψ يقاس بويرز ويساوي: Ψ = ن * و.

الخواص المغناطيسية

تحدد النفاذية مقدار المجال المغناطيسي في وسط معين أقل أو أعلى من تحريض المجال في الفراغ. يقال أن المادة ممغنطة إذا كان لها مجال مغناطيسي خاص بها. عندما يتم وضع مادة في مجال مغناطيسي ، فإنها تصبح ممغنطة.

حدد العلماء سبب اكتساب الأجسام للخصائص المغناطيسية. وفقًا لفرضية العلماء ، هناك تيارات كهربائية ذات حجم مجهري داخل المواد. للإلكترون عزم مغناطيسي خاص به ، له طبيعة كمومية ، يتحرك في مدار معين في الذرات. هذه التيارات الصغيرة هي التي تحدد الخصائص المغناطيسية.

إذا كانت التيارات تتحرك بشكل عشوائي ، فإن المجالات المغناطيسية التي تسببها هي ذاتية التعويض. يجعل المجال الخارجي التيارات مرتبة ، لذلك يتم تشكيل مجال مغناطيسي. هذا هو مغنطة المادة.

يمكن تقسيم المواد المختلفة وفقًا لخصائص التفاعل مع المجالات المغناطيسية.

وهي مقسمة إلى مجموعات:

باراماجنيتس- المواد التي لها خصائص مغنطة في اتجاه المجال الخارجي ، مع احتمال ضئيل للمغناطيسية. لديهم قوة مجال إيجابية. تشمل هذه المواد كلوريد الحديديك والمنغنيز والبلاتين وما إلى ذلك.
المغناطيسات الحديدية- المواد ذات اللحظات المغناطيسية غير المتوازنة في الاتجاه والقيمة. وهي تتميز بوجود مغنطيسية حديدية غير معوضة. تؤثر شدة المجال ودرجة الحرارة على حساسيتهم المغناطيسية (أكاسيد مختلفة).
المغناطيسات الحديدية- المواد ذات القابلية الإيجابية المتزايدة ، حسب شدة ودرجة الحرارة (بلورات الكوبالت والنيكل وما إلى ذلك).
دياماجنيتس- لها خاصية المغنطة في الاتجاه المعاكس للحقل الخارجي ، أي ، معنى سلبيالقابلية المغناطيسية ، بغض النظر عن الشدة. في حالة عدم وجود حقل ، لن يكون لهذه المادة الخواص المغناطيسية. وتشمل هذه المواد: الفضة والبزموت والنيتروجين والزنك والهيدروجين ومواد أخرى.
مغناطيس مغناطيسي - لها عزم مغناطيسي متوازن ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة مغنطة المادة. عند تسخينها ، فإنها تمر بمرحلة انتقالية للمادة ، حيث تنشأ الخواص المغناطيسية. عندما تنخفض درجة الحرارة عن حد معين ، لن تظهر هذه الخصائص (الكروم والمنغنيز).

يتم تصنيف المغناطيسات المدروسة أيضًا إلى فئتين أخريين:

مواد مغناطيسية ناعمة . لديهم قوة قسرية منخفضة. في المجالات المغناطيسية الضعيفة ، يمكنهم التشبع. خلال عملية انعكاس المغنطة ، لديهم خسائر طفيفة. نتيجة لذلك ، يتم استخدام هذه المواد لإنتاج النوى للأجهزة الكهربائية التي تعمل على الجهد المتردد (، المولد ،).
مغناطيسي صلبمواد. لديهم قيمة متزايدة للقوة القسرية. لإعادة مغناطيسها ، يلزم وجود مجال مغناطيسي قوي. تستخدم هذه المواد في إنتاج المغناطيس الدائم.

الخواص المغناطيسية مواد مختلفةتجد استخدامها في مشاريع فنيةوالاختراعات.

الدوائر المغناطيسية

الجمع بين عدة المواد المغناطيسيةتسمى الدائرة المغناطيسية. إنها أوجه تشابه ويتم تحديدها من خلال قوانين الرياضيات المماثلة.

بناء على الدوائر المغناطيسية اجهزة كهربائيةالحث. في المغناطيس الكهربائي العامل ، يتدفق التدفق عبر دائرة مغناطيسية مصنوعة من مادة مغناطيسية حديدية والهواء ، وهو ليس مغناطيسًا حديديًا. الجمع بين هذه المكونات هو دائرة مغناطيسية. تحتوي العديد من الأجهزة الكهربائية على دوائر مغناطيسية في تصميمها.

في القرن الماضي ، طرح العديد من العلماء عدة افتراضات حول المجال المغناطيسي للأرض. وفقًا لأحدهم ، يظهر الحقل نتيجة دوران الكوكب حول محوره.

يعتمد على تأثير بارنت-أينشتاين الغريب ، والذي يكمن في حقيقة أنه عندما يدور أي جسم ، ينشأ مجال مغناطيسي. تمتلك الذرات في هذا التأثير عزمًا مغناطيسيًا خاصًا بها ، حيث تدور حول محورها. هكذا يظهر المجال المغناطيسي للأرض. ومع ذلك ، فإن هذه الفرضية لم تصمد أمام الاختبارات التجريبية. اتضح أن المجال المغناطيسي الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة غير التافهة أضعف بملايين المرات من المجال الحقيقي.

تعتمد فرضية أخرى على ظهور مجال مغناطيسي بسبب الحركة الدائرية للجسيمات المشحونة (الإلكترونات) على سطح الكوكب. هي أيضا كانت غير كفؤة. يمكن أن تتسبب حركة الإلكترونات في ظهور مجال ضعيف للغاية ، علاوة على ذلك ، فإن هذه الفرضية لا تفسر انعكاس المجال المغناطيسي للأرض. ومن المعروف أن الشمالية قطب مغناطيسيلا يتطابق مع المنطقة الجغرافية الشمالية.

تيارات الرياح الشمسية والعباءة

آلية تشكيل المجال المغناطيسي للأرض والكواكب الأخرى النظام الشمسيغير مفهومة تمامًا ولا تزال لغزا للعلماء. ومع ذلك ، فإن إحدى الفرضيات المقترحة تقوم بعمل جيد جدًا في شرح انعكاس وحجم الحث الميداني الحقيقي. يعتمد على عمل التيارات الداخلية للأرض والرياح الشمسية.

تتدفق التيارات الداخلية للأرض في الوشاح ، والذي يتكون من مواد ذات موصلية جيدة جدًا. جوهر هو المصدر الحالي. يتم نقل الطاقة من القلب إلى سطح الأرض بالحمل الحراري. وهكذا ، توجد في الوشاح حركة ثابتة للمادة ، والتي تشكل مجالًا مغناطيسيًا وفقًا لقانون حركة الجسيمات المشحونة المعروف. إذا ربطنا مظهره بالتيارات الداخلية فقط ، فقد اتضح أن جميع الكواكب التي يتزامن اتجاه دورانها مع اتجاه دوران الأرض يجب أن يكون لها مجال مغناطيسي متطابق. ومع ذلك ، فهي ليست كذلك. يتزامن القطب الشمالي الجغرافي لكوكب المشتري مع القطب الشمالي المغناطيسي.

لا يقتصر دور التيارات الداخلية على تكوين المجال المغناطيسي للأرض. من المعروف منذ فترة طويلة أنه يتفاعل مع الرياح الشمسية ، وهو تيار من الجسيمات عالية الطاقة القادمة من الشمس نتيجة التفاعلات التي تحدث على سطحها.

الرياح الشمسية بطبيعتها هي تيار كهربائي (حركة الجسيمات المشحونة). بسبب دوران الأرض ، فإنه يخلق تيارًا دائريًا ، مما يؤدي إلى ظهور المجال المغناطيسي للأرض.

مجال مغناطيسي- هذا وسيط مادي يتم من خلاله التفاعل بين الموصلات مع الشحنات الحالية أو المتحركة.

خصائص المجال المغناطيسي:

خصائص المجال المغناطيسي:

لدراسة المجال المغناطيسي ، يتم استخدام دائرة اختبار بالتيار. إنه صغير ، والتيار فيه أقل بكثير من التيار في الموصل الذي يخلق المجال المغناطيسي. على طرفي الدائرة المتعاكسين مع التيار من جانب المجال المغناطيسي ، تعمل القوى المتساوية في الحجم ، ولكنها موجهة في اتجاهين متعاكسين ، لأن اتجاه القوة يعتمد على اتجاه التيار. لا تقع نقاط تطبيق هذه القوى على خط مستقيم واحد. تسمى هذه القوى زوجان من القوات. نتيجة لعمل زوج من القوى ، لا يمكن للخط أن يتحرك للأمام ، إنه يدور حول محوره. يتميز عمل الدوران عزم الدوران.

، أين ل–ذراع زوج من القوات(المسافة بين نقاط تطبيق القوات).

مع زيادة التيار في دائرة الاختبار أو منطقة الدائرة ، ستزداد لحظة زوج من القوى بشكل متناسب. نسبة أقصى لحظة للقوى المؤثرة على الدائرة الحاملة للتيار إلى حجم التيار في الدائرة ومنطقة الدائرة هي قيمة ثابتة لنقطة معينة من المجال. تسمى الحث المغناطيسي.

، أين
-لحظة جاذبةالدوائر مع التيار.

وحدةالحث المغناطيسي - تسلا [تي].

العزم المغناطيسي للدائرة- كمية المتجهات التي يعتمد اتجاهها على اتجاه التيار في الدائرة ويحددها حكم المسمار الصحيح: ثبّت يدك اليمنى في قبضة ، وأشر بأربعة أصابع في اتجاه التيار في الدائرة ، ثم سيشير الإبهام إلى اتجاه متجه العزم المغناطيسي. يكون متجه العزم المغناطيسي دائمًا عموديًا على مستوى الكنتور.

خلف اتجاه ناقل الحث المغناطيسيخذ اتجاه متجه اللحظة المغناطيسية للدائرة الموجهة في المجال المغناطيسي.

خط الحث المغناطيسي- الخط المماس الذي يتطابق عند كل نقطة مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي. دائمًا ما تكون خطوط الحث المغناطيسي مغلقة ولا تتقاطع أبدًا. خطوط الحث المغناطيسي للموصل المستقيممع التيار لها شكل دوائر تقع في مستوى عمودي على الموصل. يتم تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي بقاعدة المسمار الأيمن. خطوط الحث المغناطيسي للتيار الدائري(الملف مع التيار) لها أيضًا شكل دوائر. كل عنصر ملف طويل
يمكن اعتباره موصلًا مستقيمًا يخلق مجاله المغناطيسي الخاص. بالنسبة للمجالات المغناطيسية ، يتحقق مبدأ التراكب (إضافة مستقلة). يتم تحديد المتجه الكلي للحث المغناطيسي للتيار الدائري نتيجة إضافة هذه الحقول في مركز الملف وفقًا لقاعدة المسمار الأيمن.

إذا كان حجم واتجاه ناقل الحث المغناطيسي متماثلين في كل نقطة في الفضاء ، فسيتم استدعاء المجال المغناطيسي متجانس. إذا لم يتغير حجم واتجاه ناقل الحث المغناطيسي في كل نقطة بمرور الوقت ، فسيتم استدعاء هذا المجال دائم.

قيمة الحث المغناطيسيفي أي نقطة من المجال يتناسب طرديًا مع القوة الحالية في الموصل الذي يخلق المجال ، ويتناسب عكسًا مع المسافة من الموصل إلى نقطة معينة في الحقل ، ويعتمد على خصائص الوسيط وشكل الموصل الذي يخلق المجال.

، أين
على 2 ؛ ح / م هو الفراغ المغناطيسي الثابت,

-النفاذية المغناطيسية النسبية للوسط,

-النفاذية المغناطيسية المطلقة للوسط.

اعتمادًا على حجم النفاذية المغناطيسية ، يتم تقسيم جميع المواد إلى ثلاث فئات:

مع زيادة النفاذية المطلقة للوسط ، يزداد أيضًا الحث المغناطيسي عند نقطة معينة من المجال. نسبة الحث المغناطيسي إلى النفاذية المغناطيسية المطلقة للوسيط هي قيمة ثابتة لنقطة معينة من بولي ، ويسمى e توتر.

.

تتطابق نواقل التوتر والحث المغناطيسي في الاتجاه. لا تعتمد قوة المجال المغناطيسي على خصائص الوسط.

قوة الأمبير- القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على موصل تيار.

أين ل- طول الموصل ، - الزاوية بين متجه الحث المغناطيسي واتجاه التيار.

يتم تحديد اتجاه قوة الأمبير بواسطة حكم اليد اليسرى: يتم وضع اليد اليسرى بحيث يدخل مكون ناقل الحث المغناطيسي ، عموديًا على الموصل ، راحة اليد ، ويوجه أربعة أصابع ممدودة على طول التيار ، ثم يشير ثني الإبهام بمقدار 90 0 إلى اتجاه قوة الأمبير.

نتيجة عمل قوة الأمبير هي حركة الموصل في اتجاه معين.

ه لو = 90 0 ، ثم F = ماكس ، إذا = 0 0 ، ثم F = 0.

قوة لورنتز- قوة المجال المغناطيسي على الشحنة المتحركة.

حيث q هي الشحنة ، v هي سرعة حركتها ، - الزاوية بين متجهي الشد والسرعة.

تكون قوة لورنتز دائمًا عمودية على الحث المغناطيسي ومتجهات السرعة. يتم تحديد الاتجاه بواسطة حكم اليد اليسرى(أصابع - على حركة شحنة موجبة). إذا كان اتجاه سرعة الجسيم عموديًا على خطوط الحث المغناطيسي لمجال مغناطيسي منتظم ، فإن الجسيم يتحرك في دائرة دون تغيير الطاقة الحركية.

نظرًا لأن اتجاه قوة لورنتز يعتمد على علامة الشحنة ، يتم استخدامها لفصل الرسوم.

الفيض المغناطيسي- قيمة مساوية لعدد خطوط الحث المغناطيسي التي تمر عبر أي منطقة عمودية على خطوط الحث المغناطيسي.

، أين - الزاوية بين الحث المغناطيسي والعادي (العمودي) على المنطقة S.

وحدة- ويبر [دبليو بي].

طرق قياس التدفق المغناطيسي:

تغيير اتجاه الموقع في مجال مغناطيسي (تغيير الزاوية)

تغيير في منطقة الكفاف الموضوعة في مجال مغناطيسي

تغيير قوة التيار الذي يخلق المجال المغناطيسي

تغيير مسافة الكفاف من مصدر المجال المغناطيسي

تغيير في الخصائص المغناطيسية للوسط.

F سجل Araday تيارًا كهربائيًا في دائرة لا تحتوي على مصدر ، ولكنها كانت موجودة بجوار دائرة أخرى تحتوي على مصدر. علاوة على ذلك ، نشأ التيار في الدائرة الأولية في الحالات التالية: مع أي تغيير في التيار في الدائرة A ، مع الحركة النسبية للدوائر ، مع إدخال قضيب حديدي في الدائرة A ، مع حركة مغناطيس دائم بالنسبة إلى الدائرة ب. تحدث الحركة الموجهة للشحنات الحرة (التيار) فقط في مجال كهربائي. هذا يعني أن المجال المغناطيسي المتغير يولد مجالًا كهربائيًا ، والذي يحدد الشحنات الحرة للموصل في الحركة. هذا المجال الكهربائي يسمى الناجم عنأو إيدي.

الفروق بين المجال الكهربائي الدوامي والمجال الكهروستاتيكي:

مصدر مجال الدوامة هو مجال مغناطيسي متغير.

تم إغلاق خطوط شدة المجال الدوامة.

الشغل الذي يقوم به هذا المجال لتحريك الشحنة على طول دائرة مغلقة لا يساوي صفرًا.

إن خاصية الطاقة الخاصة بمجال الدوامة ليست هي الإمكانات ، بل هي تحريض EMF- قيمة مساوية لعمل القوى الخارجية (قوى ذات أصل غير إلكتروستاتيكي) في تحريك وحدة شحنة على طول دائرة مغلقة.

.تقاس بالفولت[في].

ينشأ المجال الكهربائي الدوامي مع أي تغيير في المجال المغناطيسي ، بغض النظر عما إذا كانت هناك حلقة مغلقة موصلة أم لا. يسمح الكفاف فقط باكتشاف المجال الكهربائي للدوامة.

الحث الكهرومغناطيسي- هذا هو حدوث EMF للتحريض في دائرة مغلقة مع أي تغيير في التدفق المغناطيسي عبر سطحه.

EMF للحث في دائرة مغلقة يولد تيارًا حثيًا.

.

اتجاه تيار الحثحدد بواسطة حكم لينز: للتيار الحثي اتجاه بحيث يعارض المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطته أي تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يولد هذا التيار.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي: EMF للتحريض في حلقة مغلقة يتناسب طرديًا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الحلقة.

تي حسناً فوكو- التيارات الحثية الدوامية التي تحدث في الموصلات الكبيرة الموضوعة في مجال مغناطيسي متغير. مقاومة مثل هذا الموصل صغيرة ، لأنه يحتوي على مقطع عرضي كبير S ، لذلك يمكن أن تكون تيارات فوكو كبيرة الحجم ، ونتيجة لذلك يتم تسخين الموصل.

الاستقراء الذاتي- هذا هو حدوث EMF للتحريض في موصل عندما تتغير شدة التيار فيه.

يخلق الموصل الحامل للتيار مجالًا مغناطيسيًا. يعتمد الحث المغناطيسي على قوة التيار ، وبالتالي فإن التدفق المغناطيسي الخاص يعتمد أيضًا على قوة التيار.

حيث L هو معامل التناسب ، الحث.

وحدةالحث - Henry [H].

الحثيعتمد الموصل على حجمه وشكله ونفاذية الوسط المغناطيسية.

الحثيزداد مع طول الموصل ، ويكون محاثة الملف أكبر من محاثة موصل مستقيم بنفس الطول ، ويكون تحريض الملف (موصل به عدد كبير من الدورات) أكبر من محاثة دورة واحدة ، يزداد تحريض الملف إذا تم إدخال قضيب حديدي فيه.

قانون فاراداي للتحريض الذاتي:
.

الحث الذاتي EMFيتناسب طرديا مع معدل التغيير الحالي.

الحث الذاتي EMFيولد تيار الحث الذاتي ، والذي يمنع دائمًا أي تغيير في التيار في الدائرة ، أي إذا زاد التيار ، يتم توجيه تيار الحث الذاتي في الاتجاه المعاكس ، عندما ينخفض ​​التيار في الدائرة ، فإن يتم توجيه تيار الحث في نفس الاتجاه. كلما زاد تحريض الملف ، زاد عدد المجالات الكهرومغناطيسية ذات الحث الذاتي فيه.

طاقة المجال المغناطيسييساوي العمل الذي يقوم به التيار للتغلب على EMF للحث الذاتي خلال الوقت حتى يزداد التيار من صفر إلى قيمة قصوى.

.

الاهتزازات الكهرومغناطيسية- هذه تغيرات دورية في الشحنة وقوة التيار وجميع خصائص المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

نظام تذبذب كهربائي(الدائرة التذبذبية) تتكون من مكثف ومحث.

شروط حدوث الاهتزازات:

يجب إخراج النظام من التوازن ؛ لذلك ، يتم نقل شحنة إلى المكثف. طاقة المجال الكهربائي لمكثف مشحون:

.

يجب أن يعود النظام إلى حالة التوازن. تحت تأثير المجال الكهربائي ، تنتقل الشحنة من لوحة مكثف إلى أخرى ، أي أن تيارًا كهربائيًا ينشأ في الدائرة ، والذي يتدفق عبر الملف. مع زيادة التيار في المحرِّض ، ينشأ EMF للحث الذاتي ، يتم توجيه تيار الحث الذاتي في الاتجاه المعاكس. عندما ينخفض ​​التيار في الملف ، يتم توجيه تيار الحث الذاتي في نفس الاتجاه. وبالتالي ، فإن تيار الحث الذاتي يميل إلى إعادة النظام إلى حالة التوازن.

يجب أن تكون المقاومة الكهربائية للدائرة صغيرة.

دارة تذبذبية مثاليةليس له مقاومة. التذبذبات فيه تسمى حر.

بالنسبة لأي دائرة كهربائية ، يتم استيفاء قانون أوم ، والذي بموجبه يكون تأثير EMF في الدائرة مساويًا لمجموع الفولتية في جميع أقسام الدائرة. لا يوجد مصدر حالي في الدائرة التذبذبية ، لكن الحث الذاتي EMF ينشأ في المحرِّض ، وهو ما يساوي الجهد عبر المكثف.

الخلاصة: تتغير شحنة المكثف حسب القانون التوافقي.

جهد مكثف:
.

تيار الحلقة:
.

قيمة
- سعة التيار.

الفرق من الشحن على
.

فترة التذبذبات الحرة في الدائرة:

طاقة الحقل الكهربائيمكثف:

لفائف طاقة المجال المغناطيسي:

تتغير طاقات المجالين الكهربائي والمغناطيسي وفقًا لقانون توافقي ، لكن مراحل تذبذباتهما مختلفة: عندما تكون طاقة المجال الكهربائي القصوى ، تكون طاقة المجال المغناطيسي صفراً.

إجمالي الطاقة للنظام التذبذب:
.

في كفاف مثاليإجمالي الطاقة لا يتغير.

في عملية التذبذبات ، يتم تحويل طاقة المجال الكهربائي بالكامل إلى طاقة المجال المغناطيسي والعكس صحيح. هذا يعني أن الطاقة في أي لحظة من الزمن تساوي إما الطاقة القصوى للمجال الكهربائي ، أو الطاقة القصوى للمجال المغناطيسي.

دارة تذبذبية حقيقيةيحتوي على مقاومة. التذبذبات فيه تسمى بهوت.

يأخذ قانون أوم الشكل:

شريطة أن يكون التخميد صغيرًا (مربع تردد التذبذب الطبيعي أكبر بكثير من مربع معامل التخميد) ، فإن التناقص اللوغاريتمي للتخميد:

مع التخميد القوي (يكون مربع تردد التذبذب الطبيعي أقل من مربع معامل التذبذب):

تصف هذه المعادلة عملية تفريغ مكثف عبر المقاوم. في حالة عدم وجود الحث ، لن تحدث التذبذبات. وفقًا لهذا القانون ، يتغير أيضًا الجهد عبر ألواح المكثف.

إجمالي الطاقةفي دائرة حقيقية ، يتناقص ، حيث يتم إطلاق الحرارة على المقاومة R عند مرور التيار.

عملية الانتقال- عملية تحدث في الدوائر الكهربائية أثناء الانتقال من وضع تشغيل إلى آخر. الوقت المقدر ( ) ، والتي خلالها ستتغير المعلمة التي تميز العملية العابرة بمرور الزمن.

ل دارة مع مكثف ومقاوم:
.

نظرية ماكسويل في المجال الكهرومغناطيسي:

1 موقف:

يولد أي مجال كهربائي متناوب مجالًا مغناطيسيًا دواميًا. دعا ماكسويل المجال الكهربائي المتناوب إلى تيار الإزاحة ، لأنه ، مثل التيار العادي ، يستحث مجالًا مغناطيسيًا.

لاكتشاف تيار الإزاحة ، يتم النظر في مرور التيار عبر النظام ، والذي يتضمن مكثفًا بعازل كهربائي.

كثافة تيار التحيز:
. يتم توجيه كثافة التيار في اتجاه التغيير في الشدة.

معادلة ماكسويل الأولى:
- يتم إنشاء المجال المغناطيسي الدوامة بواسطة تيارات التوصيل (الشحنات الكهربائية المتحركة) وتيارات الإزاحة (المجال الكهربائي المتناوب E).

2 موقف:

يولد أي مجال مغناطيسي متناوب مجالًا كهربائيًا دوامة - القانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي.

معادلة ماكسويل الثانية:
- يتعلق بمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر أي سطح ودوران متجه شدة المجال الكهربائي الذي ينشأ في هذه الحالة.

أي موصل بتيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء. إذا كان التيار ثابتًا (لا يتغير بمرور الوقت) ، فإن المجال المغناطيسي المرتبط يكون ثابتًا أيضًا. التيار المتغير يخلق مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا. يوجد مجال كهربائي داخل الموصل الحامل للتيار. لذلك ، فإن المجال الكهربائي المتغير يخلق مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا.

المجال المغناطيسي هو دوامة ، لأن خطوط الحث المغناطيسي مغلقة دائمًا. يتناسب حجم شدة المجال المغناطيسي H مع معدل تغير شدة المجال الكهربائي . اتجاه متجه المجال المغناطيسي المرتبطة بتغيير في شدة المجال الكهربائي وفقًا لقاعدة البرغي الأيمن: قم بقبضة اليد اليمنى في قبضة ، ووجه الإبهام في اتجاه التغيير في شدة المجال الكهربائي ، ثم ستشير الأصابع الأربعة المنحنية إلى اتجاه خطوط شدة المجال المغناطيسي.

أي مجال مغناطيسي متغير يخلق مجالًا كهربائيًا دوامة، التي تكون خطوط قوتها مغلقة وموجودة في مستوى عمودي على شدة المجال المغناطيسي.

يعتمد حجم شدة المجال الكهربائي للدوامة على معدل تغير المجال المغناطيسي . يرتبط اتجاه المتجه E باتجاه التغيير في المجال المغناطيسي H بواسطة قاعدة المسمار الأيسر: ثبِّت اليد اليسرى في قبضة ، ووجه الإبهام في اتجاه التغيير في المجال المغناطيسي ، وثني تشير أربعة أصابع إلى اتجاه خطوط المجال الكهربائي للدوامة.

تمثل مجموعة الدوامة الكهربائية والمجالات المغناطيسية المتصلة ببعضها البعض حقل كهرومغناطيسي. لا يبقى المجال الكهرومغناطيسي في مكان المنشأ ، بل ينتشر في الفضاء على شكل موجة كهرومغناطيسية عرضية.

موجه كهرومغناطيسية- هذا هو التوزيع في الفضاء من المجالات الكهربائية والمغناطيسية الدوامة المتصلة ببعضها البعض.

شرط حدوث الموجة الكهرومغناطيسية- حركة الشحنة مع التسارع.

معادلة الموجة الكهرومغناطيسية:

- التردد الدوري للتذبذبات الكهرومغناطيسية

t هو الوقت من بداية التذبذبات

l هي المسافة من مصدر الموجة إلى نقطة معينة في الفضاء

- سرعة انتشار الموجة

الوقت الذي تستغرقه الموجة للانتقال من مصدر إلى نقطة معينة.

المتجهات E و H في الموجة الكهرومغناطيسية متعامدة مع بعضها البعض وعلى سرعة انتشار الموجة.

مصدر الموجات الكهرومغناطيسية- الموصلات التي تتدفق من خلالها التيارات السريعة (بواعث كبيرة) ، وكذلك الذرات والجزيئات المثارة (بواعث دقيقة). كلما زاد تردد التذبذب ، كان انبعاث الموجات الكهرومغناطيسية أفضل في الفضاء.

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية:

جميع الموجات الكهرومغناطيسية مستعرض

في وسط متجانس ، الموجات الكهرومغناطيسية ينتشر بسرعة ثابتةالتي تعتمد على خصائص البيئة:

- السماحية النسبية للوسيط

هو ثابت العزل الكهربائي الفراغي ،
F / م ، Cl 2 / نانومتر 2

- النفاذية المغناطيسية النسبية للوسط

- فراغ مغناطيسي ثابت ،
على 2 ؛ ح / م

موجات كهرومغناطيسية ينعكس من العوائق ، ممتص ، مبعثر ، منكسر ، مستقطب ، منعرج ، متداخل.

كثافة الطاقة الحجميةيتكون المجال الكهرومغناطيسي من كثافات الطاقة الحجمية للمجالات الكهربائية والمغناطيسية:

كثافة تدفق طاقة الموجة - شدة الموجة:

-ناقل Umov-Poynting.

يتم ترتيب جميع الموجات الكهرومغناطيسية في سلسلة من الترددات أو الأطوال الموجية (
). هذا الصف مقياس الموجات الكهرومغناطيسية.

اهتزازات منخفضة التردد. 0-10 4 هرتز. تم الحصول عليها من المولدات. لا تشع بشكل جيد.

موجات الراديو. 10 4-10 13 هرتز. تشع بواسطة موصلات صلبة ، تمر من خلالها التيارات المتغيرة بسرعة.

الأشعة تحت الحمراء- الموجات المنبعثة من جميع الأجسام عند درجات حرارة أعلى من 0 كلفن ، بسبب العمليات داخل الذرة وداخل الجزيئات.

ضوء مرئي- موجات تؤثر على العين مسببة إحساسًا بصريًا. 380-760 نانومتر

الأشعة فوق البنفسجية. 10 - 380 نانومتر. ينشأ الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية عندما تتغير حركة الإلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة.

الأشعة السينية. 80-10-5 نانومتر. يحدث عندما تتغير حركة الإلكترونات في الأغلفة الداخلية للذرة.

أشعة غاما. يحدث أثناء تحلل النوى الذرية.