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

مجال مغناطيسي

المجال المغناطيسي هو نوع خاص من المادة ، غير مرئي وغير ملموس للبشر ،
الموجودة بشكل مستقل عن وعينا.
حتى في العصور القديمة ، خمن العلماء والمفكرون أن شيئًا ما موجود حول المغناطيس.

إبرة مغناطيسية.

الإبرة المغناطيسية هي جهاز ضروري في دراسة الحركة المغناطيسية. التيار الكهربائي.
وهو عبارة عن مغناطيس صغير مركب على طرف الإبرة ، وله قطبان: شمالي وجنوبي ، ويمكن للإبرة المغناطيسية أن تدور بحرية على طرف الإبرة.
يشير الطرف الشمالي للإبرة المغناطيسية دائمًا إلى الشمال.
يسمى الخط الذي يربط بين أقطاب الإبرة المغناطيسية محور الإبرة المغناطيسية.
توجد إبرة مغناطيسية مماثلة في أي بوصلة - جهاز للتوجيه على الأرض.

من أين ينشأ المجال المغناطيسي؟

تجربة Oersted (1820) - تُظهر كيف يتفاعل موصل بإبرة تيار وإبرة مغناطيسية.

عند إغلاق الدائرة الكهربائية ، تنحرف الإبرة المغناطيسية عن موضعها الأصلي ، وعند فتح الدائرة ، تعود الإبرة المغناطيسية إلى وضعها الأصلي.

ينشأ مجال مغناطيسي في الفراغ حول موصل مع تيار (وفي الحالة العامة حول أي شحنة كهربائية متحركة).
تعمل القوى المغناطيسية لهذا المجال على الإبرة وتدورها.

بشكل عام ، يمكن للمرء أن يقول
أن مجال مغناطيسي ينشأ حول شحنات كهربائية متحركة.
التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي لا ينفصلان عن بعضهما البعض.

مثيرة للاهتمام ما ...

كثير الأجرام السماويةللكواكب والنجوم مجالاتها المغناطيسية الخاصة بها.
ومع ذلك ، فإن أقرب جيراننا - القمر والزهرة والمريخ - ليس لديهم حقل مغناطيسي,
على غرار الأرض.
___

اكتشف جيلبرت أنه عندما يتم إحضار قطعة من الحديد بالقرب من أحد أقطاب المغناطيس ، يبدأ القطب الآخر في الانجذاب بقوة أكبر. تم تسجيل براءة اختراع هذه الفكرة بعد 250 عامًا فقط من وفاة هيلبرت.

في النصف الأول من التسعينيات ، عندما ظهرت عملات معدنية جورجية جديدة - لاري ،
النشالين المحليين حصلوا على مغناطيس ،
لأن كان المعدن الذي صنعت منه هذه العملات ينجذب جيدًا بواسطة المغناطيس!

إذا أخذت فاتورة بالدولار قاب قوسين أو أدنى وجلبتها إلى مغناطيس قوي
(على سبيل المثال ، حدوة الحصان) ، وخلق مجال مغناطيسي غير منتظم ، قطعة من الورق
تنحرف نحو أحد القطبين. اتضح أن لون فاتورة الدولار يحتوي على أملاح الحديد ،
لها خصائص مغناطيسية ، لذلك ينجذب الدولار إلى أحد أقطاب المغناطيس.

إذا أحضرت مغناطيسًا كبيرًا إلى مستوى فقاعة النجار ، فستتحرك الفقاعة.
الحقيقة هي أن مستوى الفقاعة مملوء بسائل مغناطيسي. عندما يتم وضع مثل هذا السائل في مجال مغناطيسي ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي من الاتجاه المعاكس بداخله ، ويتم دفعه خارج المجال. لذلك ، الفقاعة في السائل تقترب من المغناطيس.

يجب أن تعرف عنهم!

كان منظم أعمال البوصلة المغناطيسية في البحرية الروسية عالمًا مشهورًا في الانحراف ،
كابتن بالمرتبة الأولى مؤلف مؤلفات علمية حول نظرية البوصلة I.P. بيلافان.
مشارك السفر حول العالمعلى الفرقاطة "بالادا" وأحد المشاركين حرب القرم 1853-56 كان أول من أزال مغنطة سفينة في العالم (1863)
وحل مشكلة تركيب البوصلات داخل غواصة حديدية.
في عام 1865 تم تعيينه رئيسًا لأول مرصد للبوصلة في كرونشتاد.

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 يتكون 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 - MP على مثال برادة معدنية
4 - اتجاه المجال المغناطيسي

تظهر خطوط الحقل عندما يقترب المغناطيس الدائم من ورقة 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 على التيار الكهربائي. 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.

حلقة جيمليت القاعدة

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 تقاس بوابر ، وتساوي: 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 نوى الأجهزة 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

يسمى الجمع بين عدة مواد مغناطيسية بالدائرة 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.

المجال المغناطيسي وخصائصه

خطة المحاضرة:

المجال المغناطيسي وخصائصه وخصائصه.

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

يرجع هذا الاسم إلى حقيقة أنه ، كما اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز أورستد في عام 1820 ، له تأثير توجيهي على الإبرة المغناطيسية. تجربة Oersted: تم وضع إبرة مغناطيسية تحت سلك مع تيار ، وتدور على إبرة. عندما تم تشغيل التيار ، تم تثبيته بشكل عمودي على السلك ؛ عند تغيير اتجاه التيار ، فإنه يتحول في الاتجاه المعاكس.

الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي:

المتولدة عن طريق الشحنات الكهربائية المتحركة والموصلات بالتيار والمغناطيس الدائم والمجال الكهربائي المتناوب ؛

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

يولد مجال مغناطيسي متناوب متناوب الحقل الكهربائي.

يترتب على تجربة أورستد أن المجال المغناطيسي اتجاهي ويجب أن يكون له خاصية القوة المتجهة. يتم تعيينه ويسمى الحث المغناطيسي.

يتم تصوير المجال المغناطيسي بيانياً باستخدام خطوط القوة المغناطيسية أو خطوط الحث المغناطيسي. القوة المغناطيسية خطوطتسمى الخطوط التي توجد على طولها برادة حديدية أو محاور أسهم مغناطيسية صغيرة في مجال مغناطيسي. في كل نقطة من هذا الخط ، يتم توجيه المتجه بشكل عرضي.

دائمًا ما يتم إغلاق خطوط الحث المغناطيسي ، مما يشير إلى عدم وجود الشحنات المغناطيسية في الطبيعة وطبيعة دوامة المجال المغناطيسي.

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

ح

الملف اللولبي المغناطيسي مع التيار

يتم تحديد اتجاه الخطوط بواسطة قاعدة البرغي الصحيح. الملف اللولبي - ملف بتيار ، تقع المنعطفات بالقرب من بعضها البعض ، وقطر الدوران أقل بكثير من طول الملف.

المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي منتظم. يسمى المجال المغناطيسي متجانس إذا كان المتجه ثابتًا في أي نقطة.

المجال المغناطيسي للملف اللولبي مشابه للمجال المغناطيسي لقضيب مغناطيسي.

مع

أولنويد مع التيار هو مغناطيس كهربائي.

تظهر التجربة أنه بالنسبة للمجال المغناطيسي ، وكذلك بالنسبة للمجال الكهربائي ، مبدأ التراكب: تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن عدة تيارات أو رسوم متحركة يساوي المجموع المتجه لتحريض المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة كل تيار أو شحنة:

يتم إدخال المتجه بإحدى الطرق الثلاث:

أ) من قانون أمبير ؛

ب) بفعل مجال مغناطيسي على حلقة بالتيار ؛

ج) من التعبير عن قوة لورنتز.

أ mper تجريبياً أن القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على عنصر الموصل بالتيار I ، الموجود في مجال مغناطيسي ، يتناسب طرديًا مع القوة

الحالي I والمنتج المتجه لعنصر الطول والحث المغناطيسي:

- قانون امبير

ح
يمكن العثور على اتجاه المتجه وفقًا للقواعد العامة للمنتج المتجه ، والتي تتبع منها قاعدة اليد اليسرى: إذا تم وضع كف اليد اليسرى بحيث تدخلها خطوط القوة المغناطيسية ، و 4 ممدودة يتم توجيه الأصابع على طول التيار ، ثم يظهر الإبهام المنحني اتجاه القوة.

يمكن إيجاد القوة المؤثرة على سلك ذي طول محدد من خلال التكامل على طول السلك بأكمله.

بالنسبة إلى I = const ، و B = const ، و F = BIlsin

إذا كانت  = 90 0 ، F = BIl

تحريض المجال المغناطيسي- كمية فيزيائية متجهة مساوية عدديًا للقوة المؤثرة في مجال مغناطيسي منتظم على موصل بطول الوحدة مع تيار الوحدة ، المتعامد مع خطوط المجال المغناطيسي.

1Tl هو تحريض مجال مغناطيسي منتظم ، حيث يعمل موصل طوله 1 متر بتيار 1A ، المتعامد مع خطوط المجال المغناطيسي ، بقوة 1N.

حتى الآن ، درسنا التيارات الكبيرة المتدفقة في الموصلات. ومع ذلك ، وفقًا لافتراض أمبير ، توجد في أي جسم تيارات مجهرية بسبب حركة الإلكترونات في الذرات. تخلق هذه التيارات الجزيئية المجهرية المجال المغناطيسي الخاص بها ويمكن أن تتحول في مجالات التيارات الكبيرة ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا في الجسم. يميز المتجه المجال المغناطيسي الناتج الذي تم إنشاؤه بواسطة جميع التيارات الكلية والصغيرة ، أي بالنسبة لنفس التيار الكبير ، يكون للمتجه في الوسائط المختلفة قيم مختلفة.

يتم وصف المجال المغناطيسي للتيارات الكبيرة بواسطة متجه الشدة المغناطيسية.

لوسط متناحي الخواص متجانس

,

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

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

الفيض المغناطيسي. نظرية جاوس للتدفق المغناطيسي.

تدفق ناقلات(التدفق المغناطيسي) من خلال الوسادة دي اسيسمى القيمة العددية التي تساوي

أين هو الإسقاط على الاتجاه الطبيعي للموقع ؛

 - الزاوية بين المتجهات و.

عنصر السطح الاتجاهي ،

التدفق المتجه هو كمية جبرية ،

لو - عند مغادرة السطح ؛

لو - عند مدخل السطح.

تدفق متجه الحث المغناطيسي عبر سطح تعسفي S يساوي

لحقل مغناطيسي موحد = const ،

1 Wb - تدفق مغناطيسي يمر عبر سطح مستوٍ بمساحة 1 م 2 يقع بشكل عمودي على مجال مغناطيسي موحد ، والذي يساوي تحريضه 1 T.

التدفق المغناطيسي عبر السطح S يساوي عدديًا عدد الخطوط المغناطيسية للقوة التي تعبر السطح المحدد.

نظرًا لأن خطوط الحث المغناطيسي مغلقة دائمًا ، بالنسبة للسطح المغلق ، فإن عدد الخطوط التي تدخل السطح (Ф 0) ، وبالتالي ، فإن التدفق الكلي للحث المغناطيسي عبر سطح مغلق هو صفر.

- نظرية جاوس: تدفق ناقل الحث المغناطيسي عبر أي سطح مغلق يساوي صفرًا.

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

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

تمت دراسة المجال المغناطيسي للتيارات المباشرة ذات الأشكال المختلفة بالتفصيل بواسطة fr. العلماء بيوت وسافارت. وجدوا أنه في جميع الحالات ، يكون الحث المغناطيسي عند نقطة عشوائية متناسبًا مع قوة التيار ، ويعتمد على شكل وأبعاد الموصل وموقع هذه النقطة بالنسبة للموصل وعلى الوسيط.

تم تلخيص نتائج هذه التجارب من قبل الأب. عالم الرياضيات لابلاس ، الذي أخذ في الاعتبار طبيعة ناقل الحث المغناطيسي وافترض أن الحث في كل نقطة هو ، وفقًا لمبدأ التراكب ، مجموع المتجهات لتحريض المجالات المغناطيسية الأولية التي تم إنشاؤها بواسطة كل قسم من هذا الموصل.

صاغ لابلاس في عام 1820 قانونًا أطلق عليه قانون Biot-Savart-Laplace: كل عنصر من عناصر الموصل مع التيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، حيث يتم تحديد ناقل الحث في بعض النقاط التعسفية K بواسطة الصيغة:

- قانون بيوت سافارت لابلاس.

ويترتب على قانون Biot-Sovar-Laplace أن اتجاه المتجه يتطابق مع اتجاه الضرب العرضي. يتم إعطاء نفس الاتجاه من خلال قاعدة المسمار الأيمن (gimlet).

بشرط ،

عنصر موصل مشترك في الاتجاه مع التيار ؛

متجه نصف قطر يتصل بالنقطة K ؛

قانون Biot-Savart-Laplace له أهمية عملية لأنه يسمح لك أن تجد في نقطة معينة في الفضاء تحريض المجال المغناطيسي للتيار المتدفق عبر الموصل ذي الحجم المحدود والشكل التعسفي.

بالنسبة للتيار التعسفي ، يعد هذا الحساب مشكلة رياضية معقدة. ومع ذلك ، إذا كان للتوزيع الحالي تماثل معين ، فإن تطبيق مبدأ التراكب مع قانون Biot-Savart-Laplace يجعل من الممكن حساب المجالات المغناطيسية المحددة بشكل بسيط نسبيًا.

لنلق نظرة على بعض الأمثلة.

أ. المجال المغناطيسي للموصل المستقيم مع التيار.

لموصل بطول محدود:

لموصل بطول لانهائي:  1 = 0 ،  2 = 

ب- المجال المغناطيسي في مركز التيار الدائري:

 = 90 0 ، sin = 1 ،

وجد Oersted 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 النظام الدولي للوحدات يساوي 1.

ج
يسمى تداول المتجه حلقة مغلقة متكاملة.

هذه الصيغة تسمى نظرية الدوران أو إجمالي القانون الحالي:

إن تداول متجه شدة المجال المغناطيسي على طول دائرة مغلقة تعسفية يساوي المجموع الجبري للتيارات الكبيرة (أو إجمالي التيار) التي تغطيها هذه الدائرة. له صفاتتوجد قوة في الفضاء المحيط بالتيارات والمغناطيس الدائم مجالمُسَمًّى مغناطيسي. التوفر مغناطيسي مجالاتيظهر...

ما زلنا نتذكر المجال المغناطيسي من المدرسة ، وهذا بالضبط ما هو عليه ، "ينبثق" في ذكريات ليس كل شخص. دعنا نحدث ما مررنا به ، وربما نخبرك بشيء جديد ومفيد وشيق.

تحديد المجال المغناطيسي

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

1. الجاذبية - تتشكل حصريًا بالقرب الجسيمات الأوليةو viruetsya في قوتها بناءً على خصائص وبنية هذه الجسيمات.
2. ديناميكي ، ينتج في أجسام ذات شحنات كهربائية متحركة (أجهزة إرسال تيار ، مواد ممغنطة).

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

كيف يظهر المجال المغناطيسي؟

لا يدرك عين الانسانالمجالات المغناطيسية عناصر مختلفة، ويمكن فقط لأجهزة الاستشعار الخاصة إصلاحه. مصدر المظهر المغناطيسي ميدان القوةعلى نطاق مجهري هي حركة الجسيمات الدقيقة الممغنطة (المشحونة) ، وهي:

• الأيونات.
• الإلكترونات.
• البروتونات.

تحدث حركتهم بسبب عزم الدوران المغناطيسي ، الموجود في كل جسيم دقيق.

المجال المغناطيسي أين يمكن إيجاده؟

بغض النظر عن مدى الغرابة التي قد يبدو عليها ، لكن كل الأجسام تقريبًا لها مجال مغناطيسي خاص بها. على الرغم من أنه في مفهوم الكثيرين ، فقط حصاة تسمى المغناطيس لها مجال مغناطيسي ، والذي يجذب الأجسام الحديدية إلى نفسها. في الواقع ، تكمن قوة الجذب في جميع الأشياء ، فهي تتجلى فقط في تكافؤ أقل.

يجب أيضًا توضيح أن مجال القوة ، المسمى بالمغناطيسي ، يظهر فقط بشرط أن تتحرك الشحنات أو الأجسام الكهربائية.

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

• مغناطيس دائم؛
• رسوم المحمول.

مجال مغناطيسيهذه هي المسألة التي تنشأ حول مصادر التيار الكهربائي ، وكذلك حول المغناطيس الدائم. في الفضاء ، يتم عرض المجال المغناطيسي كمجموعة من القوى التي يمكن أن تؤثر على الأجسام الممغنطة. يفسر هذا الإجراء من خلال وجود تصريفات دافعة على المستوى الجزيئي.

يتكون المجال المغناطيسي فقط حول الشحنات الكهربائية التي تتحرك. هذا هو السبب في أن المجالات المغناطيسية والكهربائية متكاملة ومترابطة حقل كهرومغناطيسي. مكونات المجال المغناطيسي مترابطة وتعمل على بعضها البعض ، وتغير خصائصها.

خصائص المجال المغناطيسي:
1. ينشأ المجال المغناطيسي تحت تأثير الشحنات الدافعة للتيار الكهربائي.
2. في أي نقطة من نقاطه ، يتميز المجال المغناطيسي بمتجه للكمية الفيزيائية يسمى الحث المغناطيسي، وهي خاصية القوة المميزة للمجال المغناطيسي.
3. يمكن أن يؤثر المجال المغناطيسي فقط على المغناطيس والموصلات والشحنات المتحركة.
4. يمكن أن يكون المجال المغناطيسي من النوع الثابت والمتغير
5. يقاس المجال المغناطيسي فقط بأجهزة خاصة ولا يمكن للحواس البشرية إدراكه.
6. المجال المغناطيسي هو ديناميكي كهربائي ، لأنه يتولد فقط أثناء حركة الجسيمات المشحونة ويؤثر فقط على الشحنات التي تتحرك.
7. تتحرك الجسيمات المشحونة على طول مسار عمودي.

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

لحظة جاذبةيحدث 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 بيانياًباستخدام خطوط القوة المغناطيسية. 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.

من المريح جدًا إجراء تقييم بصري للمجال المغناطيسي باستخدام برادة حديدية عادية وقطعة من الورق.
إذا كنا على المغناطيس الدائمضع ورقة ، وصب نشارة الخشب في الأعلى ، ثم تصطف جزيئات الحديد وفقًا لخطوط المجال المغناطيسي.

يتم تحديد اتجاه خطوط القوة للموصل بشكل ملائم بواسطة المشهور حكم gimletأو قاعدة اليد اليمنى . إذا أمسكنا الموصل بيدنا بحيث ينظر الإبهام في اتجاه التيار (من سالب إلى موجب) ، فإن الأصابع الأربعة المتبقية ستظهر لنا اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

واتجاه قوة لورنتز - القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون أو موصل بالتيار ، وفقًا لـ حكم اليد اليسرى.
إذا وضعنا اليد اليسرىفي مجال مغناطيسي بحيث تبدو 4 أصابع في اتجاه التيار في الموصل ، ودخلت خطوط القوة في راحة اليد ، ثم يشير الإبهام إلى اتجاه قوة لورنتز ، القوة المؤثرة على الموصل موضوعة في مغناطيسي مجال.

هذا عن ذلك. تأكد من طرح أي أسئلة في التعليقات.