المجال المغناطيسي: الأسباب والخصائص. مجال مغناطيسي. خصائص المجال المغناطيسي

حقل مغناطيسي

المجال المغناطيسي هو نوع خاص من المادة، غير مرئي وغير ملموس للإنسان،
موجودة بشكل مستقل عن وعينا.
حتى في العصور القديمة، خمن العلماء والمفكرون وجود شيء ما حول المغناطيس.

إبرة مغناطيسية.

الإبرة المغناطيسية هي أداة ضرورية لدراسة الفعل المغناطيسي. التيار الكهربائي.
وهو عبارة عن مغناطيس صغير مثبت على طرف الإبرة، له قطبان: الشمال والجنوب، ويمكن للإبرة المغناطيسية أن تدور بحرية على طرف الإبرة.
يشير الطرف الشمالي للإبرة المغناطيسية دائمًا إلى الشمال.
يسمى الخط الذي يربط بين قطبي الإبرة المغناطيسية بمحور الإبرة المغناطيسية.
توجد إبرة مغناطيسية مماثلة في أي بوصلة - جهاز للتوجيه على الأرض.

أين ينشأ المجال المغناطيسي؟

تجربة أورستد (1820) - توضح كيف يتفاعل موصل ذو تيار وإبرة مغناطيسية.

عند إغلاق الدائرة الكهربائية، تنحرف الإبرة المغناطيسية عن موضعها الأصلي، وعندما يتم فتح الدائرة، تعود الإبرة المغناطيسية إلى موضعها الأصلي.

في الفضاء المحيط بموصل به تيار (وفي الحالة العامة حول أي شحنة كهربائية متحركة) ينشأ مجال مغناطيسي.
تؤثر القوى المغناطيسية لهذا المجال على الإبرة وتحولها.

بشكل عام، يمكن للمرء أن يقول
أن المجال المغناطيسي ينشأ حول الشحنات الكهربائية المتحركة.
التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي لا ينفصلان عن بعضهما البعض.

ماذا مثير للاهتمام...

كثير الأجرام السماويةالكواكب والنجوم لها مجالاتها المغناطيسية الخاصة.
ومع ذلك، فإن أقرب جيراننا - القمر والزهرة والمريخ - ليس لديهم حقل مغناطيسي,
مماثلة للأرض.
___

اكتشف جلبرت أنه عند تقريب قطعة من الحديد من أحد قطبي المغناطيس، فإن القطب الآخر يبدأ في الجذب بقوة أكبر. تم تسجيل براءة اختراع هذه الفكرة بعد 250 عامًا فقط من وفاة هيلبرت.

في النصف الأول من التسعينيات، عندما ظهرت العملات الجورجية الجديدة - اللاري،
النشالون المحليون حصلوا على مغناطيس،
لأن المعدن الذي صنعت منه هذه العملات كان منجذبًا جيدًا للمغناطيس!

إذا أخذت فاتورة بالدولار قاب قوسين أو أدنى وأحضرتها إلى مغناطيس قوي
(على سبيل المثال، حدوة الحصان)، إنشاء مجال مغناطيسي غير منتظم، قطعة من الورق
تنحرف نحو أحد القطبين. وتبين أن لون ورقة الدولار يحتوي على أملاح الحديد،
لما له من خصائص مغناطيسية، فينجذب الدولار إلى أحد قطبي المغناطيس.

إذا قمت بإحضار مغناطيس كبير إلى مستوى فقاعة النجار، فسوف تتحرك الفقاعة.
والحقيقة هي أن مستوى الفقاعة مملوء بسائل مغناطيسي. عندما يتم وضع مثل هذا السائل في مجال مغناطيسي، ينشأ بداخله مجال مغناطيسي في الاتجاه المعاكس، ويتم دفعه خارج المجال. ولذلك فإن الفقاعة الموجودة في السائل تقترب من المغناطيس.

يجب أن تعرف عنهم!

كان منظم أعمال البوصلة المغناطيسية في البحرية الروسية عالمًا منحرفًا معروفًا،
كابتن من المرتبة الأولى ومؤلف أعمال علمية عن نظرية البوصلة آي.بي. بيلافان.
مشارك السفر حول العالمعلى الفرقاطة "بالادا" ومشارك حرب القرم 1853-56 كان أول من قام بإزالة مغناطيسية السفينة (1863)
وحل مشكلة تركيب البوصلات داخل الغواصة الحديدية.
وفي عام 1865 تم تعيينه رئيسًا لأول مرصد كومباس في البلاد في كرونشتادت.

عند توصيلهما بموصلين متوازيين للتيار الكهربائي، فإنهما سوف يتجاذبان أو يتنافران، اعتمادًا على اتجاه (قطبية) التيار المتصل. ويفسر ذلك ظهور نوع خاص من المادة حول هذه الموصلات. وتسمى هذه المادة بالمجال المغناطيسي (MF). القوة المغناطيسية هي القوة التي تؤثر بها الموصلات على بعضها البعض.

نشأت نظرية المغناطيسية في العصور القديمة في حضارة آسيا القديمة. في مغنيسيا، في الجبال، تم العثور على صخرة خاصة يمكن أن تنجذب قطعها إلى بعضها البعض. باسم المكان، كان هذا الصنف يسمى "المغناطيس". يحتوي القضيب المغناطيسي على قطبين. خصائصه المغناطيسية واضحة بشكل خاص في القطبين.

مغناطيس معلق على خيط سيظهر جوانب الأفق بأقطابه. وسوف تتحول أقطابها شمالا وجنوبا. البوصلة تعمل على هذا المبدأ. الأقطاب المتقابلة لمغناطيسين تتجاذب والأقطاب المتشابهة تتنافر.

لقد وجد العلماء أن الإبرة الممغنطة الموجودة بالقرب من الموصل تنحرف عندما يمر تيار كهربائي عبرها. وهذا يشير إلى أن MF يتشكل حوله.

يؤثر المجال المغناطيسي على:

الشحنات الكهربائية المتحركة.
المواد التي تسمى المغناطيسات الحديدية: الحديد، الحديد الزهر، سبائكها.

المغناطيس الدائم عبارة عن أجسام لها عزم مغناطيسي مشترك للجسيمات المشحونة (الإلكترونات).

1 — القطب الجنوبيمغناطيس
2- القطب الشمالي للمغناطيس
3- النائب على سبيل المثال برادة المعادن
4- اتجاه المجال المغناطيسي

تظهر خطوط المجال عندما يقترب المغناطيس الدائم من ورقة تُسكب عليها طبقة من برادة الحديد. يوضح الشكل بوضوح أماكن الأعمدة ذات خطوط القوة الموجهة.

مصادر المجال المغناطيسي

• المجال الكهربائي الذي يتغير مع الزمن.
• رسوم المحمول.
• مغناطيس دائم.

لقد عرفنا المغناطيس الدائم منذ الطفولة. لقد تم استخدامها كلعب تجذب الأجزاء المعدنية المختلفة لأنفسهم. تم إرفاقها بالثلاجة، وتم بناؤها في ألعاب مختلفة.

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

ملكيات

• السمة المميزة الرئيسية وخاصية المجال المغناطيسي هي النسبية. إذا ترك جسم مشحون بلا حراك في إطار مرجعي معين، وتم وضع إبرة مغناطيسية في مكان قريب، فسوف يشير إلى الشمال، وفي الوقت نفسه لن "يشعر" بمجال غريب، باستثناء مجال الأرض . وإذا بدأ الجسم المشحون بالتحرك بالقرب من السهم، فسيظهر مجال مغناطيسي حول الجسم. ونتيجة لذلك، يصبح من الواضح أن القوة MF تتشكل فقط عندما تتحرك شحنة معينة.
• المجال المغناطيسي قادر على التأثير والتأثير على التيار الكهربائي. ويمكن 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، وسوف تتحرك المواد الممغنطة لمسافة معينة. غالبًا ما يتم رسم إبرة البوصلة لون ازرق. إنه شريط من الفولاذ الممغنط. تتجه البوصلة دائمًا نحو الشمال، نظرًا لوجود مجال مغناطيسي على الأرض. الكوكب بأكمله يشبه المغناطيس الكبير بأقطابه.

لا يمكن للأعضاء البشرية إدراك المجال المغناطيسي، ولا يمكن اكتشافه إلا بواسطة أجهزة وأجهزة استشعار خاصة. وهي متغيرة ودائمة. عادةً ما يتم إنشاء الحقل المتغير بواسطة محاثات خاصة تعمل منها التيار المتناوب. يتكون المجال الثابت من مجال كهربائي ثابت.

قواعد

النظر في القواعد الأساسية لصورة المجال المغناطيسي لمختلف الموصلات.

حكم المثقاب

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

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

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

قاعدة المثقاب الدائري

تُظهر الحركة الانتقالية للمثقاب في الموصل، المصنوع على شكل حلقة، كيف يتم توجيه الحث، ويتزامن الدوران مع التدفق الحالي.

خطوط القوة لها استمراريتها داخل المغناطيس ولا يمكن أن تكون مفتوحة.

يتم تلخيص المجال المغناطيسي للمصادر المختلفة مع بعضها البعض. ومن خلال القيام بذلك، فإنهم يخلقون مجالًا مشتركًا.

المغناطيسات ذات القطب نفسه تتنافر، بينما المغناطيسات ذات الأقطاب المختلفة تتجاذب. تعتمد قيمة قوة التفاعل على المسافة بينهما. ومع اقتراب القطبين، تزداد القوة.

معلمات المجال المغناطيسي

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

يتم حساب شدة المجال المغناطيسي بحجم ناقل الحث المغناطيسي الذي يعتمد على القوة F، ويتشكل بواسطة التيار I من خلال موصل بطول ل: V \u003d F / (I * l).

ويقاس الحث المغناطيسي بوحدة تسلا (Tl)، تكريما للعالم الذي درس ظواهر المغناطيسية وتناول طرق حسابها. 1 T يساوي تحريض التدفق المغناطيسي بالقوة 1 نعلى طول 1 م موصل مباشربزاوية 90 0 في اتجاه المجال مع مرور تيار مقداره أمبير واحد:

1 ت = 1 × ح / (أ × م).

حكم اليد اليسرى

تجد القاعدة اتجاه ناقل الحث المغناطيسي.

إذا تم وضع كف اليد اليسرى في المجال بحيث تدخل خطوط المجال المغناطيسي إلى الكف من القطب الشمالي بدرجة 90 0، وتم وضع 4 أصابع على طول التيار، إبهاميوضح اتجاه القوة المغناطيسية.

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

لا تعتمد القوة على نوع المادة الموصلة ومقطعها العرضي. إذا لم يكن هناك موصل، وتحركت الشحنات في وسط آخر، فلن تتغير القوة.

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

الفيض المغناطيسي

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

إذا كان للمنطقة ميل عند زاوية معينة α لخط الحث، فسيتم تقليل التدفق المغناطيسي بحجم جيب تمام هذه الزاوية. تتشكل قيمته العظمى عندما تكون المنطقة بزاوية قائمة على الحث المغناطيسي:

F \u003d ب * س.

يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدة مثل "ويبر"، وهو ما يعادل تدفق الحث بالقيمة 1 تحسب المنطقة في 1 م2.

ربط التدفق

يستخدم هذا المفهوم لإنشاء معنى عامالتدفق المغناطيسي، الذي ينشأ من عدد معين من الموصلات الموجودة بين القطبين المغناطيسيين.

عندما نفس التيار أنايتدفق خلال اللف بعدد اللفات n، والتدفق المغناطيسي الإجمالي المتكون من جميع اللفات هو رابط التدفق.

ربط التدفق Ψ تقاس بالويبر، وتساوي: Ψ = ن * ف.

الخواص المغناطيسية

تحدد النفاذية مقدار المجال المغناطيسي في وسط معين أقل أو أعلى من تحريض المجال في الفراغ. يقال عن المادة أنها ممغنطة إذا كان لها مجال مغناطيسي خاص بها. عندما توضع مادة ما في مجال مغناطيسي فإنها تصبح ممغنطة.

حدد العلماء سبب اكتساب الأجسام للخصائص المغناطيسية. وفقا لفرضية العلماء، هناك تيارات كهربائية ذات حجم مجهري داخل المواد. يمتلك الإلكترون عزمًا مغناطيسيًا خاصًا به، وله طبيعة كمومية، ويتحرك على طول مدار معين في الذرات. هذه التيارات الصغيرة هي التي تحدد الخواص المغناطيسية.

إذا تحركت التيارات بشكل عشوائي، فإن المجالات المغناطيسية الناتجة عنها تكون ذاتية التعويض. المجال الخارجي يجعل التيارات مرتبة، فيتكون مجال مغناطيسي. هذا هو مغنطة المادة.

يمكن تقسيم المواد المختلفة حسب خصائص تفاعلها مع المجالات المغناطيسية.

وهي مقسمة إلى مجموعات:

بارامغناطيسية- المواد التي لها خواص مغنطة في اتجاه المجال الخارجي مع احتمالية مغناطيسية منخفضة. لديهم قوة مجال إيجابية. وتشمل هذه المواد كلوريد الحديديك والمنغنيز والبلاتين وغيرها.
مغناطيس حديدي- المواد ذات العزوم المغناطيسية غير المتوازنة في الاتجاه والقيمة. وهي تتميز بوجود المغناطيسية الحديدية المضادة غير المعوضة. تؤثر قوة المجال ودرجة الحرارة على قابليتها المغناطيسية (أكاسيد مختلفة).
مغناطيسات حديدية- المواد ذات القابلية الإيجابية المتزايدة حسب الشدة ودرجة الحرارة (بلورات الكوبالت والنيكل وغيرها).
ديامغناطيس– لها خاصية المغنطة في الاتجاه المعاكس للمجال الخارجي أي أنها معنى سلبيالقابلية المغناطيسية، مستقلة عن الشدة. في حالة عدم وجود مجال، لن يكون لهذه المادة الخواص المغناطيسية. وتشمل هذه المواد: الفضة والبزموت والنيتروجين والزنك والهيدروجين وغيرها من المواد.
المغناطيسات المضادة - تتمتع بعزم مغناطيسي متوازن مما يؤدي إلى انخفاض درجة مغنطة المادة. عند تسخينها، فإنها تخضع لمرحلة انتقالية للمادة، حيث تنشأ خصائص مغناطيسية. عندما تنخفض درجة الحرارة عن حد معين، لن تظهر مثل هذه الخصائص (الكروم والمنغنيز).

يتم تصنيف المغناطيسات المدروسة أيضًا إلى فئتين أخريين:

مواد مغناطيسية ناعمة . لديهم قوة قسرية منخفضة. في المجالات المغناطيسية الضعيفة، يمكن أن تتشبع. خلال عملية عكس المغنطة، لديهم خسائر ضئيلة. ونتيجة لذلك، يتم استخدام هذه المواد لإنتاج نوى الأجهزة الكهربائية التي تعمل على الجهد المتردد (، مولد،).
مغناطيسي صعبمواد. لديهم قيمة متزايدة للقوة القسرية. ولإعادة مغنطتها، يلزم وجود مجال مغناطيسي قوي. وتستخدم هذه المواد في إنتاج المغناطيس الدائم.

الخواص المغناطيسية مواد مختلفةالعثور على استخدامها في المشاريع التقنيةوالاختراعات.

الدوائر المغناطيسية

يسمى مزيج عدة مواد مغناطيسية بالدائرة المغناطيسية. إنها أوجه تشابه ويتم تحديدها بواسطة قوانين الرياضيات المماثلة.

بناء على الدوائر المغناطيسية اجهزة كهربائية، الحث، . في المغناطيس الكهربائي الفعال، يتدفق التدفق عبر دائرة مغناطيسية مصنوعة من مادة مغناطيسية حديدية وهواء، وهو ليس مغناطيسًا حديديًا. مزيج هذه المكونات هو دائرة مغناطيسية. تحتوي العديد من الأجهزة الكهربائية على دوائر مغناطيسية في تصميمها.

المجال المغناطيسي وخصائصه

خطة المحاضرة:

المجال المغناطيسي وخصائصه وخصائصه.

مجال مغناطيسي- شكل وجود المادة المحيطة بالشحنات الكهربائية المتحركة (الموصلات ذات التيار والمغناطيس الدائم).

ويرجع هذا الاسم إلى حقيقة أنه كما اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز أورستد عام 1820، فإن لها تأثيرًا توجيهيًا على الإبرة المغناطيسية. تجربة أورستد: تم وضع إبرة مغناطيسية تحت سلك يمر به تيار كهربائي، وتدور حول الإبرة. عند تشغيل التيار، تم تثبيته بشكل عمودي على السلك؛ عند تغيير اتجاه التيار فإنه يتحول في الاتجاه المعاكس.

الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي:

المتولدة عن الشحنات الكهربائية المتحركة، والموصلات ذات التيار، والمغناطيس الدائم، والمجال الكهربائي المتناوب؛

يعمل بقوة على تحريك الشحنات الكهربائية والموصلات ذات الأجسام الممغنطة الحالية ؛

المجال المغناطيسي بالتناوب يولد بالتناوب الحقل الكهربائي.

يستنتج من تجربة أورستد أن المجال المغناطيسي اتجاهي ويجب أن يكون له خاصية قوة متجهة. يتم تعيينه ويسمى الحث المغناطيسي.

يتم تصوير المجال المغناطيسي بيانياً باستخدام خطوط القوة المغناطيسية أو خطوط الحث المغناطيسي. القوة المغناطيسية خطوطتسمى الخطوط التي تقع على طولها برادة الحديد أو محاور الأسهم المغناطيسية الصغيرة في المجال المغناطيسي. عند كل نقطة من هذا الخط، يتم توجيه المتجه بشكل عرضي.

خطوط الحث المغناطيسي تكون مغلقة دائما مما يدل على غياب الشحنات المغناطيسية في الطبيعة والطبيعة الدوامية للمجال المغناطيسي.

تقليديا، يغادرون القطب الشمالي للمغناطيس ويدخلون الجنوب. يتم اختيار كثافة الخطوط بحيث يتناسب عدد الخطوط لكل وحدة مساحة عموديًا على المجال المغناطيسي مع حجم الحث المغناطيسي.

ح

الملف اللولبي المغناطيسي مع التيار

يتم تحديد اتجاه الخطوط من خلال قاعدة المسمار الأيمن. الملف اللولبي - ملف ذو تيار، تقع لفاته بالقرب من بعضها البعض، وقطر المنعطف أقل بكثير من طول الملف.

المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي منتظم. يسمى المجال المغناطيسي متجانسًا إذا كان المتجه ثابتًا عند أي نقطة.

المجال المغناطيسي للملف اللولبي يشبه المجال المغناطيسي للقضيب المغناطيسي.

مع

الملف اللولبي مع التيار هو مغناطيس كهربائي.

تظهر التجربة أنه بالنسبة للمجال المغناطيسي، وكذلك للمجال الكهربائي، مبدأ التراكب: إن تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن عدة تيارات أو شحنات متحركة يساوي المجموع المتجه لتحريضات المجالات المغناطيسية الناتجة عن كل تيار أو شحنة:

يتم إدخال المتجه بإحدى الطرق الثلاث:

أ) من قانون أمبير؛

ب) من خلال عمل المجال المغناطيسي على حلقة مع التيار؛

ج) من التعبير عن قوة لورنتز.

أ أثبت إمبير تجريبيًا أن القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على عنصر الموصل مع التيار I، الموجود في المجال المغناطيسي، تتناسب طرديًا مع القوة

التيار I والمنتج المتجه لعنصر الطول والحث المغناطيسي:

- قانون أمبير

ح
يمكن العثور على اتجاه المتجه وفقًا للقواعد العامة لمنتج المتجه، والتي تتبع منها قاعدة اليد اليسرى: إذا تم وضع كف اليد اليسرى بحيث تدخل خطوط القوة المغناطيسية إليها، و4 ممدودة يتم توجيه الأصابع على طول التيار، ثم سيظهر الإبهام المنحني اتجاه القوة.

يمكن إيجاد القوة المؤثرة على سلك ذي طول محدود من خلال التكامل على طوله بالكامل.

لأني = const، B=const، F = BIlsin

إذا  = 90 0 , F = BIl

تحريض المجال المغناطيسي- كمية فيزيائية متجهة تساوي عدديًا القوة المؤثرة في مجال مغناطيسي موحد على موصل بطول الوحدة مع وحدة التيار، وتقع بشكل عمودي على خطوط المجال المغناطيسي.

1Tl هو تحريض مجال مغناطيسي منتظم، حيث يتم التأثير على موصل طوله 1 متر بتيار 1A، يقع بشكل عمودي على خطوط المجال المغناطيسي، بقوة 1N.

لقد تناولنا حتى الآن التيارات الكبيرة المتدفقة في الموصلات. ومع ذلك، ووفقا لافتراض أمبير، توجد في أي جسم تيارات مجهرية نتيجة لحركة الإلكترونات في الذرات. تخلق هذه التيارات الجزيئية المجهرية مجالًا مغناطيسيًا خاصًا بها ويمكن أن تدور في مجالات التيارات الكبيرة، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا في الجسم. يميز المتجه المجال المغناطيسي الناتج الناتج عن جميع التيارات الكلية والصغرى، أي. بالنسبة لنفس التيار الكبير، فإن المتجه في الوسائط المختلفة له قيم مختلفة.

يتم وصف المجال المغناطيسي للتيارات الكبيرة بواسطة ناقل الكثافة المغناطيسية.

لوسط متناحي متجانس

,

 0 \u003d 410 -7 H / m - ثابت مغناطيسي،  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - النفاذية المغناطيسية للوسط، توضح عدد المرات التي يتغير فيها المجال المغناطيسي للتيارات الكبيرة بسبب مجال التيارات الدقيقة للوسط.

الفيض المغناطيسي. نظرية غاوس للتدفق المغناطيسي.

تدفق المتجهات(التدفق المغناطيسي) من خلال الوسادة دي إستسمى قيمة عددية تساوي

أين يتم الإسقاط على الاتجاه الطبيعي للموقع؟

 - الزاوية بين المتجهات و .

عنصر سطح اتجاهي,

التدفق المتجه هو كمية جبرية،

لو - عند مغادرة السطح؛

لو - عند مدخل السطح.

تدفق ناقل الحث المغناطيسي عبر سطح تعسفي S يساوي

بالنسبة للمجال المغناطيسي الموحد =const،

1 Wb - التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر سطح مستوٍ مساحته 1 م 2 متعامد مع مجال مغناطيسي موحد ، يساوي تحريضه 1 T.

التدفق المغناطيسي عبر السطح S يساوي عدديًا عدد خطوط القوة المغناطيسية التي تعبر السطح المحدد.

نظرًا لأن خطوط الحث المغناطيسي تكون مغلقة دائمًا، بالنسبة لسطح مغلق، يكون عدد الخطوط التي تدخل السطح (Ф 0)، وبالتالي، فإن التدفق الإجمالي للتحريض المغناطيسي عبر سطح مغلق هو صفر.

- نظرية غاوس: تدفق متجه الحث المغناطيسي عبر أي سطح مغلق هو صفر.

هذه النظرية هي تعبير رياضي عن حقيقة أنه لا توجد في الطبيعة شحنات مغناطيسية تبدأ أو تنتهي عندها خطوط الحث المغناطيسي.

قانون Biot-Savart-Laplace وتطبيقه على حساب المجالات المغناطيسية.

تمت دراسة المجال المغناطيسي للتيارات المباشرة ذات الأشكال المختلفة بالتفصيل بواسطة الأب. العلماء بيوت وسافارت. ووجدوا أنه في جميع الحالات، يتناسب الحث المغناطيسي عند نقطة اختيارية مع قوة التيار، ويعتمد على شكل الموصل وأبعاده وموقع هذه النقطة بالنسبة للموصل وعلى الوسط.

تم تلخيص نتائج هذه التجارب بواسطة الاب. عالم الرياضيات لابلاس، الذي أخذ في الاعتبار الطبيعة المتجهية للحث المغناطيسي وافترض أن الحث عند كل نقطة هو، وفقًا لمبدأ التراكب، مجموع المتجه لتحريضات المجالات المغناطيسية الأولية الناتجة عن كل قسم من هذا الموصل.

صاغ لابلاس في عام 1820 قانونًا يسمى قانون Biot-Savart-Laplace: كل عنصر من عناصر الموصل مع التيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا، يتم تحديد متجه الحث عند نقطة تعسفية K بواسطة الصيغة:

- قانون بيوت-سافارت-لابلاس.

يستنتج من قانون Biot-Sovar-Laplace أن اتجاه المتجه يتزامن مع اتجاه حاصل الضرب المتقاطع. يتم إعطاء نفس الاتجاه من خلال قاعدة المسمار الأيمن (المثقاب).

بشرط ،

عنصر موصل في الاتجاه المشترك مع التيار؛

ناقل نصف القطر يتصل بالنقطة K؛

قانون Biot-Savart-Laplace له أهمية عملية، لأنه يسمح لك بالعثور عند نقطة معينة في الفضاء على تحريض المجال المغناطيسي للتيار المتدفق عبر موصل ذي حجم محدود وشكل عشوائي.

بالنسبة للتيار التعسفي، مثل هذا الحساب هو مشكلة رياضية معقدة. ومع ذلك، إذا كان التوزيع الحالي له تماثل معين، فإن تطبيق مبدأ التراكب مع قانون Biot-Savart-Laplace يجعل من الممكن حساب مجالات مغناطيسية محددة بشكل بسيط نسبيًا.

دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.

أ. المجال المغناطيسي للموصل المستقيم مع التيار.

لموصل ذو طول محدود:

لموصل بطول لا نهائي:  1 = 0،  2 = 

ب. المجال المغناطيسي في مركز التيار الدائري:

=90 0 , الخطيئة=1,

اكتشف أورستد في عام 1820 تجريبيًا أن الدوران في دائرة مغلقة تحيط بنظام من التيارات الكبيرة يتناسب مع مجموع جبريهذه التيارات. يعتمد معامل التناسب على اختيار نظام الوحدات وفي SI يساوي 1.

ج
يُطلق على دوران المتجه تكامل الحلقة المغلقة.

هذه الصيغة تسمى نظرية الدوران أو قانون التيار الكلي:

إن دوران متجه شدة المجال المغناطيسي على طول دائرة مغلقة تعسفية يساوي المجموع الجبري للتيارات الكبيرة (أو التيار الإجمالي) التي تغطيها هذه الدائرة. له صفاتفي الفضاء المحيط بالتيارات والمغناطيس الدائم، هناك قوة مجالمُسَمًّى مغناطيسي. التوفر مغناطيسي مجالاتيظهر...

ما زلنا نتذكر المجال المغناطيسي من المدرسة، وهذا هو بالضبط ما هو عليه، "ينبثق" في ذكريات ليس الجميع. دعونا ننعش ما مررنا به، وربما نخبركم بشيء جديد ومفيد ومثير للاهتمام.

تحديد المجال المغناطيسي

المجال المغناطيسي هو مجال قوة يعمل على تحريك الشحنات الكهربائية (الجسيمات). وبسبب مجال القوة هذا، تنجذب الأشياء لبعضها البعض. هناك نوعان من المجالات المغناطيسية:

1. الجاذبية - تتشكل بالقرب حصرا الجسيمات الأوليةوviruetsya في قوتها على أساس خصائص وبنية هذه الجسيمات.
2. ديناميكية، يتم إنتاجها في الأجسام ذات الشحنات الكهربائية المتحركة (أجهزة إرسال التيار، المواد الممغنطة).

لأول مرة، تم تقديم تسمية المجال المغناطيسي بواسطة M. Faraday في عام 1845، على الرغم من أن معناها كان خاطئًا بعض الشيء، حيث كان يعتقد أن التأثيرات والتفاعلات الكهربائية والمغناطيسية تعتمد على نفس المجال المادي. في وقت لاحق من عام 1873، "قدم" د. ماكسويل نظرية الكم، حيث بدأ فصل هذه المفاهيم، وكان مجال القوة المشتق سابقًا يسمى المجال الكهرومغناطيسي.

كيف يظهر المجال المغناطيسي؟

لم ينظر إليها عين الإنسانالمجالات المغناطيسية مختلف البنودولا يمكن إصلاحه إلا بواسطة أجهزة استشعار خاصة. مصدر ظهور المغناطيسي ميدان القوةعلى المستوى المجهري هي حركة الجسيمات الدقيقة الممغنطة (المشحونة)، وهي:

• الأيونات.
• الإلكترونات.
• البروتونات.

تحدث حركتها بسبب العزم المغناطيسي المغزلي الموجود في كل جسيم دقيق.

المجال المغناطيسي أين يمكن العثور عليه؟

بغض النظر عن مدى غرابة الأمر، إلا أن جميع الأجسام المحيطة بنا تقريبًا لها مجالها المغناطيسي الخاص. على الرغم من أنه في مفهوم الكثيرين، فقط الحصاة التي تسمى المغناطيس لديها مجال مغناطيسي، يجذب الأجسام الحديدية إلى نفسها. في الواقع، قوة الجذب موجودة في جميع الأشياء، ولا تتجلى إلا في التكافؤ الأدنى.

ويجب أيضًا توضيح أن مجال القوة، المسمى بالمغناطيس، لا يظهر إلا في حالة تحرك الشحنات الكهربائية أو الأجسام.

تحتوي الشحنات غير المنقولة على مجال قوة كهربائي (ويمكن أن يكون موجودًا أيضًا في الشحنات المتحركة). يتبين أن مصادر المجال المغناطيسي هي:

• مغناطيس دائم؛
• رسوم المحمول.

مجال مغناطيسيوهذا هو الأمر الذي ينشأ حول مصادر التيار الكهربائي، وكذلك حول المغناطيس الدائم. في الفضاء، يتم عرض المجال المغناطيسي كمجموعة من القوى التي يمكن أن تؤثر على الأجسام الممغنطة. يتم تفسير هذا الإجراء من خلال وجود تصريفات دافعة على المستوى الجزيئي.

يتشكل المجال المغناطيسي فقط حول الشحنات الكهربائية المتحركة. ولهذا السبب فإن المجالات المغناطيسية والكهربائية متكاملة ومتشكلة معًا حقل كهرومغناطيسي. مكونات المجال المغناطيسي مترابطة وتؤثر على بعضها البعض، وتغير خصائصها.

خصائص المجال المغناطيسي:
1. ينشأ المجال المغناطيسي تحت تأثير الشحنات الدافعة للتيار الكهربائي.
2. يتميز المجال المغناطيسي عند أي نقطة منه بمتجه للكمية الفيزيائية يسمى الحث المغناطيسي، وهي القوة المميزة للمجال المغناطيسي.
3. يمكن أن يؤثر المجال المغناطيسي فقط على المغناطيس والموصلات الموصلة والشحنات المتحركة.
4. يمكن أن يكون المجال المغناطيسي من النوع الثابت والمتغير
5. يتم قياس المجال المغناطيسي فقط بأجهزة خاصة ولا يمكن إدراكه بالحواس البشرية.
6. المجال المغناطيسي هو كهروديناميكي، حيث أنه يتولد فقط أثناء حركة الجسيمات المشحونة ويؤثر فقط على الشحنات المتحركة.
7. تتحرك الجسيمات المشحونة في مسار عمودي.

يعتمد حجم المجال المغناطيسي على معدل تغير المجال المغناطيسي. وبناءً على ذلك، هناك نوعان من المجال المغناطيسي: المجال المغناطيسي الديناميكيو المجال المغناطيسي الجاذبية. المجال المغناطيسي الجاذبيةينشأ فقط بالقرب من الجسيمات الأولية ويتشكل اعتمادًا على السمات الهيكلية لهذه الجسيمات.

لحظة جاذبةيحدث عندما يعمل المجال المغناطيسي على إطار موصل. بمعنى آخر، العزم المغناطيسي هو متجه يقع على الخط المتعامد مع الإطار.

يمكن تمثيل المجال المغناطيسي بيانياباستخدام خطوط القوة المغناطيسية. يتم رسم هذه الخطوط في اتجاه بحيث يتزامن اتجاه قوى المجال مع اتجاه خط المجال نفسه. خطوط المجال المغناطيسي متواصلة ومغلقة في نفس الوقت.

يتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام إبرة مغناطيسية. كما تحدد خطوط القوة قطبية المغناطيس، فالنهاية عند خروج خطوط القوة هي القطب الشمالي، والنهاية عند مدخل هذه الخطوط هي القطب الجنوبي.

من السهل جدًا تقييم المجال المغناطيسي بصريًا باستخدام برادة الحديد العادية وقطعة من الورق.
إذا كنا على المغناطيس الدائمضع قطعة من الورق، ثم اسكب فوقها نشارة الخشب، ثم ستصطف جزيئات الحديد وفقًا لخطوط المجال المغناطيسي.

يتم تحديد اتجاه خطوط القوة للموصل بسهولة بواسطة المشهور حكم المثقابأو قاعدة اليد اليمنى . إذا أمسكنا الموصل بيدنا بحيث ينظر الإبهام في اتجاه التيار (من ناقص إلى زائد)، فسوف تظهر لنا الأصابع الأربعة المتبقية اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

واتجاه قوة لورنتز – القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون أو موصل يمر به تيار كهربائي، بحسب حكم اليد اليسرى.
إذا وضعنا اليد اليسرىفي مجال مغناطيسي بحيث تنظر 4 أصابع في اتجاه التيار في الموصل، ودخلت خطوط القوة إلى راحة اليد، ثم يشير الإبهام إلى اتجاه قوة لورنتز، القوة المؤثرة على الموصل الموضوع في مجال مغناطيسي مجال.

هذا كل ما في الأمر. تأكد من طرح أي أسئلة في التعليقات.