Nuolatiniai magnetai. Nuolatinių magnetų magnetinis laukas. Nuolatiniai magnetiniai laukai

Magnetinis laukas- tai yra materiali terpė, per kurią sąveikauja laidininkai su srovės ar judančiais krūviais.

Magnetinio lauko savybės:

Magnetinio lauko charakteristikos:

Norint ištirti magnetinį lauką, naudojama bandymo grandinė su srove. Jis yra mažo dydžio, o srovė jame yra daug mažesnė nei srovė laidininke, sukuriančiame magnetinį lauką. Priešingose ​​srovės tekėjimo grandinės pusėse magnetinio lauko jėgos veikia vienodo dydžio, bet nukreiptos priešingomis kryptimis, nes jėgos kryptis priklauso nuo srovės krypties. Šių jėgų taikymo taškai nėra toje pačioje tiesėje. Tokios jėgos vadinamos pora jėgų. Dėl jėgų poros veikimo grandinė negali judėti, ji sukasi aplink savo ašį. Būdingas sukimosi veiksmas sukimo momentas.

, Kur l–panaudoti porą jėgų(atstumas tarp jėgų taikymo taškų).

Didėjant srovei bandymo grandinėje arba grandinės plotui, proporcingai padidės ir jėgų poros sukimo momentas. Didžiausio jėgos momento, veikiančio grandinę su srove, santykis su srovės dydžiu grandinėje ir grandinės plotu yra pastovi tam tikro lauko taško vertė. Tai vadinama magnetinė indukcija.

, Kur
-magnetinis momentas grandinė su srove.

Vienetas magnetinė indukcija - Tesla [T].

Magnetinis grandinės momentas– vektorinis dydis, kurio kryptis priklauso nuo srovės krypties grandinėje ir nustatoma pagal dešiniojo varžto taisyklė: suspauskite dešinę ranką į kumštį, keturiais pirštais nukreipkite srovės kryptimi grandinėje, tada nykštys parodys magnetinio momento vektoriaus kryptį. Magnetinio momento vektorius visada yra statmenas kontūro plokštumai.

Už nugaros magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis paimkite grandinės magnetinio momento vektoriaus kryptį, orientuotą į magnetinį lauką.

Magnetinės indukcijos linija– tiesė, kurios liestinė kiekviename taške sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi. Magnetinės indukcijos linijos visada yra uždaros ir niekada nesikerta. Tiesiojo laidininko magnetinės indukcijos linijos su srove turi apskritimų, esančių plokštumoje, statmenoje laidininkui, formą. Magnetinės indukcijos linijų kryptis nustatoma pagal dešiniojo sraigto taisyklę. Apvalios srovės magnetinės indukcijos linijos(suka su srove) taip pat turi apskritimų formą. Kiekvienas ritės elementas yra ilgio
Galima įsivaizduoti kaip tiesų laidininką, kuris sukuria savo magnetinį lauką. Magnetiniams laukams taikomas superpozicijos (nepriklausomo pridėjimo) principas. Bendras žiedinės srovės magnetinės indukcijos vektorius nustatomas pridedant šiuos laukus posūkio centre pagal dešiniojo sraigto taisyklę.

Jei magnetinės indukcijos vektoriaus dydis ir kryptis yra vienodi kiekviename erdvės taške, tada magnetinis laukas vadinamas vienalytis. Jeigu kiekviename taške magnetinės indukcijos vektoriaus dydis ir kryptis laikui bėgant nekinta, tai toks laukas vadinamas nuolatinis.

Didumas magnetinė indukcija bet kuriame lauko taške yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprumui lauką sukuriančiame laidininke, atvirkščiai proporcingas atstumui nuo laidininko iki tam tikro lauko taško, priklauso nuo terpės savybių ir sukuriančio laidininko formos. laukas.

, Kur
ĮJUNGTA 2; Gn/m – vakuumo magnetinė konstanta,

-santykinis magnetinis terpės pralaidumas,

-absoliutus magnetinis terpės pralaidumas.

Priklausomai nuo magnetinio pralaidumo vertės, visos medžiagos skirstomos į tris klases:

Didėjant absoliučiam terpės pralaidumui, didėja ir magnetinė indukcija tam tikrame lauko taške. Magnetinės indukcijos ir absoliutaus terpės magnetinio pralaidumo santykis yra pastovi tam tikro poli taško reikšmė, e vadinama įtampa.

.

Įtempimo ir magnetinės indukcijos vektoriai sutampa kryptimi. Magnetinio lauko stiprumas nepriklauso nuo terpės savybių.

Amperų galia– jėga, kuria magnetinis laukas veikia srovės laidininką.

Kur l- laidininko ilgis, - kampas tarp magnetinės indukcijos vektoriaus ir srovės krypties.

Ampero jėgos kryptis nustatoma pagal kairės rankos taisyklė: kairiarankis pastatytas taip, kad magnetinės indukcijos vektoriaus komponentas, statmenas laidininkui, patektų į delną, keturi ištiesti pirštai nukreipiami išilgai srovės, tada 90 0 sulenktas nykštys parodys Ampero jėgos kryptį.

Ampero jėgos rezultatas yra laidininko judėjimas tam tikra kryptimi.

E jeigu = 90 0 , tada F=max, jei = 0 0, tada F = 0.

Lorenco jėga– judančio krūvio magnetinio lauko jėga.

, kur q yra krūvis, v yra jo judėjimo greitis, - kampas tarp tempimo ir greičio vektorių.

Lorenco jėga visada yra statmena magnetinės indukcijos ir greičio vektoriams. Kryptis nustatoma pagal kairės rankos taisyklė(pirštai seka teigiamo krūvio judėjimą). Jei dalelės greičio kryptis yra statmena vienodo magnetinio lauko magnetinės indukcijos linijoms, tai dalelė juda ratu nekeisdama savo kinetinės energijos.

Kadangi Lorenco jėgos kryptis priklauso nuo krūvio ženklo, ji naudojama krūviams atskirti.

Magnetinis srautas– vertė, lygi magnetinės indukcijos linijų, einančių per bet kurią sritį, statmeną magnetinės indukcijos linijoms, skaičiui.

, Kur - kampas tarp magnetinės indukcijos ir normaliosios (statmenos) plotui S.

Vienetas– Weberis [Wb].

Magnetinio srauto matavimo metodai:

Svetainės orientacijos keitimas magnetiniame lauke (kampo keitimas)

Magnetiniame lauke esančios grandinės ploto keitimas

Srovės stiprumo pasikeitimas sukuria magnetinį lauką

Keičiant grandinės atstumą nuo magnetinio lauko šaltinio

Terpės magnetinių savybių pokyčiai.

F Aradėjus užsiregistravo elektros grandinėje, kurioje nėra šaltinio, bet kuri yra šalia kitos grandinės, kurioje yra šaltinis. Be to, srovė pirmoje grandinėje atsirado šiais atvejais: bet kokiu būdu pasikeitus srovei grandinėje A, santykiniam grandinių judėjimui, įvedus geležinį strypą į grandinę A, nuolat judant nuolatiniam magnetui. į grandinę B. Laisvųjų krūvių (srovės) kryptingas judėjimas vyksta tik elektriniame lauke. Tai reiškia, kad besikeičiantis magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką, kuris pajudina laisvuosius laidininko krūvius. Šis elektrinis laukas vadinamas sukeltas arba sūkurys.

Skirtumai tarp sūkurinio elektrinio lauko ir elektrostatinio lauko:

Sūkurio lauko šaltinis yra besikeičiantis magnetinis laukas.

Sūkurio lauko intensyvumo linijos yra uždarytos.

Šio lauko atliktas darbas, norint perkelti krūvį uždaroje grandinėje, nėra lygus nuliui.

Sūkurio lauko energija yra ne potencialas, o sukeltas emf– reikšmė, lygi išorinių jėgų (neelektrostatinės kilmės jėgų) darbui, norint perkelti krūvio vienetą uždara grandine.

.Matuojama voltais[IN].

Sūkurinis elektrinis laukas atsiranda bet kokiu magnetinio lauko pasikeitimu, neatsižvelgiant į tai, ar yra laidžioji uždara grandinė, ar ne. Grandinė leidžia aptikti tik sūkurinį elektrinį lauką.

Elektromagnetinė indukcija- tai indukuotos emf atsiradimas uždaroje grandinėje, pasikeitus magnetiniam srautui per jos paviršių.

Indukuota emf uždaroje grandinėje sukuria indukuotą srovę.

.

Indukcinės srovės kryptis nustato Lenzo taisyklė: indukuota srovė yra tokios krypties, kad jos sukurtas magnetinis laukas neutralizuoja bet kokį magnetinio srauto, sukėlusio šią srovę, pokytį.

Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis: Indukuota emf uždaroje kilpoje yra tiesiogiai proporcinga magnetinio srauto kitimo greičiui per kilpos ribojamą paviršių.

T gerai fuko– sūkurinės indukcinės srovės, atsirandančios dideliuose laiduose, esančiuose kintančiame magnetiniame lauke. Tokio laidininko varža yra maža, nes jis turi didelį skerspjūvį S, todėl Foucault srovės gali būti didelės, todėl laidininkas įkaista.

Savęs indukcija- tai indukuoto emf atsiradimas laidininke, kai pasikeičia srovės stipris jame.

Srovę nešantis laidininkas sukuria magnetinį lauką. Magnetinė indukcija priklauso nuo srovės stiprumo, todėl jos pačios magnetinis srautas taip pat priklauso nuo srovės stiprumo.

, kur L yra proporcingumo koeficientas, induktyvumas.

Vienetas induktyvumas – Henris [H].

Induktyvumas laidininkas priklauso nuo jo dydžio, formos ir terpės magnetinio pralaidumo.

Induktyvumas didėja didėjant laidininko ilgiui, posūkio induktyvumas yra didesnis už tokio paties ilgio tiesiojo laidininko induktyvumą, ritės (laidininko, turinčio daug posūkių) induktyvumas yra didesnis nei vieno posūkio induktyvumas , ritės induktyvumas padidėja, jei į ją įkišamas geležinis strypas.

Faradėjaus saviindukcijos dėsnis:
.

Savęs sukeltas emf yra tiesiogiai proporcinga srovės kitimo greičiui.

Savęs sukeltas emf sukuria saviindukcijos srovę, kuri visada neleidžia bet kokiam srovės pokyčiui grandinėje, tai yra, jei srovė didėja, savaiminės indukcijos srovė nukreipiama priešinga kryptimi, o srovei grandinėje mažėjant, savaiminė srovė indukcijos srovė nukreipta ta pačia kryptimi. Kuo didesnė ritės induktyvumas, tuo didesnis joje atsirandantis savaiminis emf.

Magnetinio lauko energija yra lygus darbui, kurį srovė atlieka, kad įveiktų savaime sukeltą emf per tą laiką, kai srovė didėja nuo nulio iki didžiausios vertės.

.

Elektromagnetiniai virpesiai– tai periodiniai krūvio, srovės stiprumo ir visų elektrinių bei magnetinių laukų charakteristikų pokyčiai.

Elektrinė virpesių sistema(svyravimo grandinė) susideda iš kondensatoriaus ir induktoriaus.

Svyravimų atsiradimo sąlygos:

Sistema turi būti išvesta iš pusiausvyros; tam reikia įkrauti kondensatorių. Įkrauto kondensatoriaus elektrinio lauko energija:

.

Sistema turi grįžti į pusiausvyros būseną. Veikiant elektriniam laukui, krūvis pereina iš vienos kondensatoriaus plokštės į kitą, tai yra, grandinėje atsiranda elektros srovė, kuri teka per ritę. Didėjant srovei induktoriuje, atsiranda saviindukcijos emf; saviindukcijos srovė nukreipta priešinga kryptimi. Sumažėjus srovei ritėje, saviindukcijos srovė nukreipiama ta pačia kryptimi. Taigi savaiminės indukcijos srovė linkusi grąžinti sistemą į pusiausvyros būseną.

Elektros grandinės varža turi būti maža.

Ideali virpesių grandinė neturi pasipriešinimo. Jame esančios vibracijos vadinamos Laisvas.

Bet kuriai elektros grandinei yra įvykdytas Omo dėsnis, pagal kurį grandinėje veikiantis emf yra lygus visų grandinės atkarpų įtampų sumai. Virpesių grandinėje nėra srovės šaltinio, tačiau induktoryje atsiranda savaiminis indukcinis emf, kuris yra lygus kondensatoriaus įtampai.

Išvada: kondensatoriaus įkrova keičiasi pagal harmonikos dėsnį.

Kondensatoriaus įtampa:
.

Srovės stiprumas grandinėje:
.

Didumas
- srovės amplitudė.

Skirtumas nuo įkrovimo
.

Laisvųjų virpesių grandinėje laikotarpis:

Kondensatoriaus elektrinio lauko energija:

Ritės magnetinio lauko energija:

Elektrinio ir magnetinio lauko energijos kinta pagal harmoninį dėsnį, tačiau skiriasi jų virpesių fazės: kai elektrinio lauko energija didžiausia, magnetinio lauko energija lygi nuliui.

Suminė virpesių sistemos energija:
.

IN idealus kontūras bendra energija nekinta.

Virpesių proceso metu elektrinio lauko energija visiškai paverčiama magnetinio lauko energija ir atvirkščiai. Tai reiškia, kad energija bet kuriuo momentu yra lygi arba didžiausiai elektrinio lauko energijai, arba didžiausiai magnetinio lauko energijai.

Tikroji virpesių grandinė turi pasipriešinimą. Jame esančios vibracijos vadinamos išblukęs.

Omo dėsnis bus toks:

Jei slopinimas yra mažas (natūralaus virpesių dažnio kvadratas yra daug didesnis nei slopinimo koeficiento kvadratas), logaritminio slopinimo mažėjimas yra:

Esant stipriam slopinimui (natūralaus virpesių dažnio kvadratas yra mažesnis už virpesių koeficiento kvadratą):

Ši lygtis apibūdina kondensatoriaus iškrovimo į rezistorių procesą. Jei nėra induktyvumo, svyravimai neatsiras. Pagal šį dėsnį keičiasi ir kondensatoriaus plokščių įtampa.

Bendra energija realioje grandinėje mažėja, nes srovei praeinant į varžą R išsiskiria šiluma.

Perėjimo procesas– procesas, vykstantis elektros grandinėse pereinant iš vieno darbo režimo į kitą. Apskaičiuota pagal laiką ( ), kurio metu pereinamąjį procesą apibūdinantis parametras pasikeis e kartų.

Dėl grandinė su kondensatoriumi ir rezistoriumi:
.

Maksvelo elektromagnetinio lauko teorija:

1 pozicija:

Bet koks kintamasis elektrinis laukas sukuria sūkurinį magnetinį lauką. Kintamąjį elektrinį lauką Maxwell pavadino poslinkio srove, nes jis, kaip ir įprasta srovė, sukelia magnetinį lauką.

Norėdami nustatyti poslinkio srovę, apsvarstykite srovės praėjimą per sistemą, kurioje yra prijungtas kondensatorius su dielektriku.

Poslinkio srovės tankis:
. Srovės tankis nukreiptas įtampos kitimo kryptimi.

Pirmoji Maksvelo lygtis:
- sūkurinį magnetinį lauką sukuria ir laidumo srovės (judantys elektros krūviai), ir poslinkio srovės (kintamasis elektrinis laukas E).

2 pozicija:

Bet koks kintamasis magnetinis laukas sukuria sūkurinį elektrinį lauką – pagrindinį elektromagnetinės indukcijos dėsnį.

Antroji Maksvelo lygtis:
- jungia magnetinio srauto kitimo per bet kurį paviršių greitį ir tuo pačiu metu atsirandančią elektrinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliaciją.

Bet kuris laidininkas, nešantis srovę, sukuria magnetinį lauką erdvėje. Jei srovė yra pastovi (nekeičiama laikui bėgant), tada su ja susijęs magnetinis laukas taip pat yra pastovus. Kintanti srovė sukuria besikeičiantį magnetinį lauką. Srovę nešančio laidininko viduje yra elektrinis laukas. Todėl kintantis elektrinis laukas sukuria kintantį magnetinį lauką.

Magnetinis laukas yra sūkurys, nes magnetinės indukcijos linijos visada yra uždaros. Magnetinio lauko stiprio H dydis yra proporcingas elektrinio lauko stiprumo kitimo greičiui . Magnetinio lauko stiprumo vektoriaus kryptis susiję su elektrinio lauko stiprumo pokyčiais dešiniojo varžto taisyklė: dešinę ranką suspauskite į kumštį, nykščiu nukreipkite elektrinio lauko stiprumo kitimo kryptimi, tada sulenkti 4 pirštai parodys magnetinio lauko stiprumo linijų kryptį.

Bet koks besikeičiantis magnetinis laukas sukuria sūkurinį elektrinį lauką, kurios įtempimo linijos yra uždaros ir išsidėsčiusios magnetinio lauko stiprumui statmenoje plokštumoje.

Sūkurio elektrinio lauko intensyvumo E dydis priklauso nuo magnetinio lauko kitimo greičio . Vektoriaus E kryptis yra susijusi su magnetinio lauko H kitimo kryptimi kairiojo sraigto taisykle: suspauskite kairę ranką į kumštį, nukreipkite nykštį magnetinio lauko kitimo kryptimi, sulenkti keturi pirštai parodys. sūkurio elektrinio lauko intensyvumo linijų kryptis.

Tarpusavyje sujungtų sūkurinių elektrinių ir magnetinių laukų rinkinys elektromagnetinis laukas. Elektromagnetinis laukas nelieka pradžios taške, o sklinda erdvėje skersinės elektromagnetinės bangos pavidalu.

Elektromagnetinė banga– tai sūkurinių elektrinių ir magnetinių laukų, sujungtų tarpusavyje, sklidimas erdvėje.

Elektromagnetinės bangos atsiradimo sąlyga– krūvio judėjimas su pagreičiu.

Elektromagnetinių bangų lygtis:

- ciklinis elektromagnetinių virpesių dažnis

t – laikas nuo svyravimų pradžios

l – atstumas nuo bangos šaltinio iki tam tikro erdvės taško

- bangos sklidimo greitis

Laikas, per kurį banga nukeliauja nuo šaltinio iki tam tikro taško.

Vektoriai E ir H elektromagnetinėje bangoje yra statmeni vienas kitam ir bangos sklidimo greičiui.

Elektromagnetinių bangų šaltinis– laidininkai, kuriais teka greitai kintamos srovės (makroemiteriai), taip pat sužadinti atomai ir molekulės (mikroemiteriai). Kuo didesnis virpesių dažnis, tuo geresnės elektromagnetinės bangos skleidžiamos erdvėje.

Elektromagnetinių bangų savybės:

Visos elektromagnetinės bangos yra skersinis

Vienalytėje terpėje elektromagnetinės bangos sklinda pastoviu greičiu, kuris priklauso nuo aplinkos savybių:

- santykinė terpės dielektrinė konstanta

- vakuumo dielektrinė konstanta,
F/m, Cl2/nm2

- santykinis magnetinis terpės pralaidumas

- vakuumo magnetinė konstanta,
ĮJUNGTA 2; Gn/m

Elektromagnetinės bangos atsispindi nuo kliūčių, absorbuojamas, išsklaidytas, lūžęs, poliarizuotas, išsklaidytas, trukdytas.

Tūrinis energijos tankiselektromagnetinis laukas susideda iš elektrinių ir magnetinių laukų tūrinių energijos tankių:

Bangos energijos srauto tankis – bangos intensyvumas:

-Umov-Poynting vektorius.

Visos elektromagnetinės bangos yra išdėstytos dažnių arba bangų ilgių serijomis (
). Ši eilutė yra elektromagnetinių bangų skalė.

Žemo dažnio vibracijos. 0–10 4 Hz. Gauta iš generatorių. Jie prastai spinduliuoja

Radio bangos. 10 4 – 10 13 Hz. Juos skleidžia kietieji laidininkai, pernešantys greitai kintamą srovę.

Infraraudonoji spinduliuotė– visų kūnų skleidžiamos bangos aukštesnėje nei 0 K temperatūroje dėl atominių ir molekulinių procesų.

Matoma šviesa– bangos, veikiančios akį, sukeliančios regėjimo pojūtį. 380-760 nm

Ultravioletinė radiacija. 10 – 380 nm. Matoma šviesa ir UV atsiranda, kai pasikeičia elektronų judėjimas išoriniuose atomo apvalkaluose.

Rentgeno spinduliuotė. 80 – 10 –5 nm. Atsiranda, kai keičiasi elektronų judėjimas vidiniai apvalkalai atomas.

Gama spinduliuotė. Atsiranda irstant atominiams branduoliams.

Magnetinis laukas Tai yra problema, kuri kyla aplink elektros srovės šaltinius, taip pat aplink nuolatinius magnetus. Erdvėje magnetinis laukas rodomas kaip jėgų, galinčių paveikti įmagnetintus kūnus, derinys. Šis veiksmas paaiškinamas tuo, kad molekuliniame lygmenyje yra iškrovų.

Magnetinis laukas susidaro tik aplink judančius elektros krūvius. Štai kodėl magnetiniai ir elektriniai laukai yra vientisi ir kartu sudaro elektromagnetinis laukas. Magnetinio lauko komponentai yra tarpusavyje susiję ir veikia vienas kitą, keičia jų savybes.

Magnetinio lauko savybės:
1. Magnetinis laukas atsiranda veikiant elektros srovės varomiesiems krūviams.
2. Bet kuriame taške magnetiniam laukui būdingas fizikinio dydžio vektorius, vadinamas magnetinė indukcija, kuri yra magnetinio lauko stiprumo charakteristika.
3. Magnetinis laukas gali paveikti tik magnetus, srovės laidininkus ir judančius krūvius.
4. Magnetinis laukas gali būti pastovaus arba kintamo tipo
5. Magnetinis laukas matuojamas tik specialiais instrumentais ir negali būti suvokiamas žmogaus pojūčiais.
6. Magnetinis laukas yra elektrodinaminis, nes jis susidaro tik judant įkrautoms dalelėms ir veikia tik judančius krūvius.
7. Įkrautos dalelės juda statmena trajektorija.

Magnetinio lauko dydis priklauso nuo magnetinio lauko kitimo greičio. Pagal šią savybę yra dviejų tipų magnetiniai laukai: dinaminis magnetinis laukas Ir gravitacinis magnetinis laukas. Gravitacinis magnetinis laukas atsiranda tik šalia elementariosios dalelės ir susidaro priklausomai nuo šių dalelių struktūrinių ypatybių.

Magnetinis momentas atsiranda magnetiniam laukui veikiant laidų rėmą. Kitaip tariant, magnetinis momentas yra vektorius, esantis tiesėje, kuri eina statmenai rėmui.

Magnetinį lauką galima pavaizduoti grafiškai naudojant magnetines jėgos linijas. Šios linijos nubrėžtos tokia kryptimi, kad lauko jėgų kryptis sutaptų su pačios lauko linijos kryptimi. Magnetinės jėgos linijos yra ištisinės ir uždaros tuo pačiu metu.

Magnetinio lauko kryptis nustatoma naudojant magnetinę adatą. Jėgos linijos taip pat lemia magneto poliškumą, galas su jėgos linijų išėjimu yra šiaurinis polius, o galas su šių linijų įvestimi yra pietinis polius.

Labai patogu vizualiai įvertinti magnetinį lauką naudojant įprastas geležies drožles ir popieriaus lapą.
Jei ant nuolatinio magneto uždėsime popieriaus lapą ir ant viršaus pabarstysime pjuvenų, tai geležies dalelės išsirikiuos pagal magnetinio lauko linijas.

Elektros laidų kryptį laidininkui patogiai nustato garsieji gimlet taisyklė arba taisyklė dešinė ranka . Jei ranka apvyniosime laidininką taip, kad nykštys būtų nukreiptas srovės kryptimi (nuo minuso iki pliuso), tada likę 4 pirštai parodys mums magnetinio lauko linijų kryptį.

O Lorenco jėgos kryptis yra jėga, kuria magnetinis laukas veikia įkrautą dalelę arba laidininką su srove, pagal. kairės rankos taisyklė.
Jei įdėsime kairę ranką į magnetinį lauką taip, kad 4 pirštai žiūrėtų į srovės kryptį laidininke, o jėgos linijos patektų į delną, tai nykštys parodys Lorenco jėgos kryptį, kuri veikia laidininkas, patalpintas į magnetinį lauką.

Tai viskas. Būtinai užduokite visus klausimus komentaruose.

Kas yra nuolatinis magnetas

Feromagnetinis produktas, kuris pašalinus išorinį magnetinį lauką gali išlaikyti reikšmingą likutinį įmagnetinimą, vadinamas nuolatiniu magnetu. Nuolatiniai magnetai gaminami iš įvairių metalų, tokių kaip kobaltas, geležis, nikelis, retųjų žemių lydiniai (neodimio magnetams), taip pat iš natūralių mineralų, tokių kaip magnetitai.

Nuolatinių magnetų taikymo sritis šiandien yra labai plati, tačiau jų paskirtis iš esmės visur ta pati – kaip nuolatinio magnetinio lauko šaltinis be elektros tiekimo. Taigi magnetas yra kūnas, turintis savo.

Pats žodis „magnetas“ kilęs iš graikiškos frazės, kuri yra išversta kaip „akmuo iš Magnezijos“ pagal Azijos miesto pavadinimą, kuriame senovėje buvo aptiktos magnetito – magnetinės geležies rūdos – telkiniai. Fiziniu požiūriu elementarus magnetas yra elektronas ir magnetines savybes Magnetai paprastai nustatomi pagal elektronų, sudarančių įmagnetintą medžiagą, magnetinius momentus.

Medžiagos, iš kurios pagamintas nuolatinis magnetas, išmagnetinimo sekcijos charakteristikos lemia konkretaus nuolatinio magneto savybes: kuo didesnė koercinė jėga Hc, o kuo didesnė liekamoji magnetinė indukcija Br, tuo magnetas stipresnis ir stabilesnis.

Prievartinė jėga (pažodžiui išvertus iš lotynų kalbos - „laikanti jėga“) yra tai, kas būtina norint visiškai išmagnetinti fero- arba ferimagnetinę medžiagą. Taigi, kuo didesnę priverstinę jėgą turi tam tikras magnetas, tuo jis atsparesnis demagnetizuojantiems veiksniams.

Prievartos jėgos vienetas yra amperas/metras. A, kaip žinoma, yra vektorinis dydis, kuris yra magnetiniam laukui būdinga jėga. Būdinga nuolatinių magnetų liekamosios magnetinės indukcijos vertė yra apie 1 Tesla.

Nuolatinių magnetų rūšys ir savybės

Feritas

Ferito magnetai, nors ir trapūs, turi gerą atsparumą korozijai, todėl jie yra labiausiai paplitę už mažą kainą. Tokie magnetai gaminami iš geležies oksido ir bario arba stroncio ferito lydinio. Tokia kompozicija leidžia medžiagai išlaikyti savo magnetines savybes plačiame temperatūrų diapazone – nuo ​​-30°C iki +270°C.

Magnetiniai gaminiai ferito žiedų, strypų ir pasagų pavidalu plačiai naudojami tiek pramonėje, tiek kasdieniame gyvenime, technologijose ir elektronikoje. Jie naudojami akustinėse sistemose, generatoriuose ir kt. Automobilių pramonėje ferito magnetai naudojami starteriuose, langų pakėlikliuose, aušinimo sistemose ir ventiliatoriuose.

Ferito magnetų koercinė jėga yra apie 200 kA/m, o liekamoji magnetinė indukcija – apie 0,4 teslos. Vidutiniškai ferito magnetas gali tarnauti nuo 10 iki 30 metų.

Alnico (aliuminis-nikelis-kobaltas)

Aliuminio, nikelio ir kobalto lydinio pagrindu pagaminti nuolatiniai magnetai pasižymi neprilygstamu atsparumu temperatūrai ir stabilumu: jie sugeba išlaikyti savo magnetines savybes esant temperatūrai iki +550°C, nors jiems būdinga koercicija yra palyginti maža. Santykinai mažo magnetinio lauko įtakoje tokie magnetai praras savo pirmines magnetines savybes.

Spręskite patys: tipinė priverstinė jėga yra apie 50 kA/m, o liekamasis įmagnetinimas yra apie 0,7 Tesla. Tačiau nepaisant šios savybės, alnico magnetai yra nepakeičiami kai kuriems moksliniams tyrimams.

Tipiškas didelio magnetinio alniko lydinių kiekis svyruoja nuo 7 iki 10 % aliuminio, nuo 12 iki 15 % nikelio, nuo 18 iki 40 % kobalto ir nuo 3 iki 4 % vario.

Kuo daugiau kobalto, tuo didesnė lydinio prisotinimo indukcija ir magnetinė energija. Priedai nuo 2 iki 8% titano ir tik 1% niobio padeda išgauti didesnę priverstinę jėgą – iki 145 kA/m. 0,5–1 % silicio pridėjimas užtikrina izotropines magnetines savybes.

Samariaceae

Jei jums reikia išskirtinio atsparumo korozijai, oksidacijai ir temperatūrai iki +350°C, tuomet magnetinis samariumo lydinys su kobaltu yra tai, ko jums reikia.

Kalbant apie kainą, samariumo-kobalto magnetai yra brangesni nei neodimio magnetai dėl retesnio ir brangesnio metalo - kobalto. Tačiau patartina juos naudoti, jei reikia minimalių galutinių gaminių matmenų ir svorio.

Tai labiausiai tinka erdvėlaivis, aviacija ir Kompiuterinė technologija, miniatiūriniai elektros varikliai ir magnetinės jungtys nešiojamuose prietaisuose ir įrenginiuose (laikrodžiuose, ausinėse, Mobilieji telefonai ir tt)

Dėl ypatingo atsparumo korozijai samariumo magnetai naudojami strateginiuose projektuose ir karinėse srityse. Elektros varikliai, generatoriai, kėlimo sistemos, motociklai – stiprus magnetas pagamintas iš samariumo-kobalto lydinio idealiai tinka agresyviai aplinkai ir sunkioms eksploatavimo sąlygoms. Prievartos jėga yra apie 700 kA/m, o liekamoji magnetinė indukcija yra apie 1 Tesla.

Neodimis

Neodimio magnetai šiandien yra labai paklausūs ir atrodo perspektyviausi. Neodimio-geležies-boro lydinys leidžia sukurti supermagnetus įvairiose srityse, nuo skląsčių ir žaislų iki galingų kėlimo mašinų.

Didelė 1000 kA/m dydžio priverstinė jėga ir 1,1 teslos liekamasis įmagnetinimas leidžia magnetui tarnauti daugelį metų, 10 metų Neodimio magnetas praranda tik 1% įmagnetinimo, jei jo temperatūra darbo sąlygomis neviršija +80°C (kai kuriems prekiniams ženklams iki +200°C). Taigi, neodimio magnetai turi tik du trūkumus – trapumą ir žemą darbo temperatūrą.

Magnetiniai milteliai kartu su rišamuoju komponentu sudaro minkštą, lankstų ir lengvą magnetą. Surišimo komponentai, tokie kaip vinilas, guma, plastikas ar akrilas, leidžia gauti magnetus įvairių formų ir dydžiai.

Magnetinė jėga, žinoma, yra prastesnė už gryną magnetinę medžiagą, tačiau kartais tokie sprendimai reikalingi tam tikriems magnetams neįprastiems tikslams pasiekti: gaminant reklaminius gaminius, gaminant nuimamus lipdukus ant automobilių, taip pat gaminant. įvairių raštinės reikmenų ir suvenyrų gaminių.

Kaip magnetų poliai atstumia, o skirtingai nei poliai traukia. Magnetų sąveika paaiškinama tuo, kad bet kuris magnetas turi magnetinį lauką, o šie magnetiniai laukai bendrauti tarpusavyje. Kokia, pavyzdžiui, geležies įmagnetinimo priežastis?

Remiantis prancūzų mokslininko Ampere hipoteze, materijos viduje yra elementarios elektros srovės (Ampero srovės), kurios susidaro dėl elektronų judėjimo aplink atomų branduolius ir aplink savo ašį.

Kai elektronai juda, atsiranda elementarieji magnetiniai laukai. O jei geležies gabalas įvedamas į išorinį magnetinį lauką, tai visi elementarūs magnetiniai laukai šioje geležyje yra vienodai orientuoti į išorinį magnetinį lauką, sudarydami nuosavą geležies gabalo magnetinį lauką. Taigi, jei pritaikytas išorinis magnetinis laukas buvo pakankamai stiprus, jį išjungus, geležies gabalas taps nuolatiniu magnetu.

Nuolatinio magneto formos ir įmagnetinimo žinojimas leidžia skaičiavimams jį pakeisti lygiaverte elektrinių įmagnetinimo srovių sistema. Toks pakeitimas galimas tiek skaičiuojant magnetinio lauko charakteristikas, tiek skaičiuojant magnetą iš išorinio lauko veikiančias jėgas. Pavyzdžiui, apskaičiuokime dviejų nuolatinių magnetų sąveikos jėgą.

Tegul magnetai turi plonų cilindrų formą, jų spindulys bus žymimas r1 ir r2, storiai bus h1, h2, magnetų ašys sutampa, atstumas tarp magnetų bus žymimas z, manysime, kad tai reikšminga daugiau dydžių magnetai.

Paaiškinta magnetų sąveikos jėgos atsiradimas tradiciniu būdu: Vienas magnetas sukuria magnetinį lauką, kuris veikia antrąjį magnetą.

Norėdami apskaičiuoti sąveikos jėgą, mintyse pakeiskime vienodo įmagnetinimo J1 ir J2 magnetus apskritomis srovėmis, tekančiomis palei cilindrų šoninį paviršių. Šių srovių stiprumą išreikšime magnetų įmagnetinimu ir atsižvelgsime į jų spindulius lygus spinduliams magnetai.

Pirmojo magneto sukurto magnetinio lauko indukcijos vektorių B antrojo vietoje išskaidykime į dvi dedamąsias: ašinę, nukreiptą išilgai magneto ašies, ir radialinę, statmeną jai.

Norint apskaičiuoti bendrą žiedą veikiančią jėgą, reikia mintyse padalyti jį į mažus elementus IΔl ir susumuoti jėgas, veikiančias kiekvieną tokį elementą.

Naudojant kairiosios rankos taisyklę, nesunku parodyti, kad magnetinio lauko ašinis komponentas sukelia Ampero jėgų, linkusių ištempti (arba suspausti) žiedą, atsiradimą - šių jėgų vektorinė suma lygi nuliui.

Radialinio lauko komponento buvimas lemia ampero jėgų, nukreiptų išilgai magnetų ašies, atsiradimą, tai yra, jų pritraukimą ar atstūmimą. Belieka apskaičiuoti Ampero jėgas – tai bus dviejų magnetų sąveikos jėgos.

Magnetinis laukas ir jo charakteristikos

Paskaitos metmenys:

Magnetinis laukas, jo savybės ir charakteristikos.

Magnetinis laukas- judančius elektros krūvius supančios materijos egzistavimo forma (srovę nešantys laidininkai, nuolatiniai magnetai).

Šis pavadinimas atsirado dėl to, kad, kaip 1820 m. atrado danų fizikas Hansas Oerstedas, jis orientuojasi į magnetinę adatą. Oerstedo eksperimentas: magnetinė adata buvo padėta po srovę tekančiu laidu, sukasi ant adatos. Kai buvo įjungta srovė, ji buvo sumontuota statmenai laidui; pasikeitus srovės krypčiai, ji pasisuko priešinga kryptimi.

Pagrindinės magnetinio lauko savybės:

generuojami judantys elektros krūviai, srovės laidininkai, nuolatiniai magnetai ir kintamasis elektrinis laukas;

jėga veikia judančius elektros krūvius, srovės laidininkus ir įmagnetintus kūnus;

kintamasis magnetinis laukas sukuria kintamąjį elektrinį lauką.

Iš Oerstedo patirties matyti, kad magnetinis laukas yra kryptingas ir turi turėti vektorinę jėgos charakteristiką. Jis žymimas ir vadinamas magnetine indukcija.

Magnetinis laukas vaizduojamas grafiškai naudojant magnetines jėgos linijas arba magnetinės indukcijos linijas. Magnetinė galia linijos Tai yra linijos, išilgai kurių magnetiniame lauke išsidėstę geležies drožlės arba mažų magnetinių adatų ašys. Kiekviename tokios linijos taške vektorius nukreiptas išilgai liestinės.

Magnetinės indukcijos linijos visada yra uždaros, o tai rodo, kad gamtoje nėra magnetinių krūvių ir magnetinio lauko sūkurinį pobūdį.

Paprastai jie palieka šiaurinį magneto ašigalį ir patenka į pietus. Linijų tankis parenkamas taip, kad linijų skaičius ploto vienete, statmenai magnetiniam laukui, būtų proporcingas magnetinės indukcijos dydžiui.

N

Magnetinis solenoidas su srove

Linijų kryptis nustatoma pagal dešiniojo varžto taisyklę. Solenoidas yra ritė su srove, kurios posūkiai yra arti vienas kito, o posūkio skersmuo yra daug mažesnis už ritės ilgį.

Magnetinis laukas solenoido viduje yra vienodas. Magnetinis laukas vadinamas vienodu, jei vektorius yra pastovus bet kuriame taške.

Solenoido magnetinis laukas panašus į strypo magneto magnetinį lauką.

SU

Srovę nešantis solenoidas yra elektromagnetas.

Patirtis rodo, kad magnetiniam laukui, kaip ir elektriniam laukui, superpozicijos principas: kelių srovių arba judančių krūvių sukuriamo magnetinio lauko indukcija yra lygi kiekvienos srovės ar krūvio sukuriamų magnetinių laukų indukcijos vektorinei sumai:

Vektorius įvedamas vienu iš 3 būdų:

a) iš Ampero dėsnio;

b) magnetinio lauko poveikiu srovę nešančiam rėmui;

c) iš Lorenco jėgos išraiškos.

A mpper eksperimentiškai nustatė, kad jėga, kuria magnetinis laukas veikia laidininko elementą, kurio srovė I yra magnetiniame lauke, yra tiesiogiai proporcinga jėgai.

srovė I ir ilgio bei magnetinės indukcijos elemento vektorinė sandauga:

- Ampero dėsnis

N
Vektoriaus kryptį galima rasti pagal bendrąsias vektorinės sandaugos taisykles, iš kurių seka kairės rankos taisyklė: jei kairės rankos delnas yra taip, kad į jį patektų magnetinės jėgos linijos, o 4. ištiesti pirštai nukreipti išilgai srovės, tada sulenktas nykštys parodys jėgos kryptį.

Jėgą, veikiančią baigtinio ilgio laidą, galima rasti integruojant per visą ilgį.

Kai I = const, B = const, F = BIlsin

Jei  =90 0, F = BIl

Magnetinio lauko indukcija- vektorinis fizikinis dydis, skaitiniu požiūriu lygus jėgai, veikiančiai vienodame magnetiniame lauke vienetinio ilgio laidininką su vienetine srove, esančiu statmenai magnetinėms jėgos linijoms.

1T yra vienodo magnetinio lauko indukcija, kurioje 1N jėga veikia 1 m ilgio laidininką, kurio srovė yra 1A, esantį statmenai magnetinėms jėgos linijoms.

Iki šiol mes svarstėme makrosroves, tekančias laidininkais. Tačiau, remiantis Ampere'o prielaida, bet kuriame kūne yra mikroskopinių srovių, kurias sukelia elektronų judėjimas atomuose. Šios mikroskopinės molekulinės srovės sukuria savo magnetinį lauką ir gali suktis makrosrovių laukuose, sukurdamos papildomą magnetinį lauką kūne. Vektorius charakterizuoja susidariusį magnetinį lauką, sukuriamą visų makro ir mikro srovių, t.y. esant tai pačiai makrosrovei, vektorius skirtingose ​​aplinkose turi skirtingas reikšmes.

Makrosrovių magnetinis laukas apibūdinamas magnetinio intensyvumo vektoriumi.

Vienalytei izotropinei terpei

 0 = 410 -7 H/m - magnetinė konstanta,  0 = 410 -7 N/A 2,

 – terpės magnetinis pralaidumas, parodantis, kiek kartų makrosrovių magnetinis laukas pasikeičia dėl terpės mikrosrovių lauko.

Magnetinis srautas. Gauso teorema magnetiniam srautui.

Vektoriaus srautas(magnetinis srautas) per svetainę dS vadinamas skaliariniu dydžiu, lygiu

kur yra projekcija į normaliojo į vietą kryptį;

 yra kampas tarp vektorių ir.

Kryptinis paviršiaus elementas,

Vektorinis srautas yra algebrinis dydis,

Jeigu - paliekant paviršių;

Jeigu - patekus į paviršių.

Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per savavališką paviršių S lygus

Kad būtų vienodas magnetinis laukas = const,

1 Wb - magnetinis srautas, einantis per plokščią 1 m 2 ploto paviršių, esantį statmenai vienodam magnetiniam laukui, kurio indukcija yra 1 T.

Magnetinis srautas per paviršių S yra lygus magnetinio lauko linijų, kertančių šį paviršių, skaičiui.

Kadangi magnetinės indukcijos linijos visada yra uždaros, uždaram paviršiui į paviršių patenkančių linijų skaičius (Ф 0), todėl bendras magnetinės indukcijos srautas per uždarą paviršių yra lygus nuliui.

- Gauso teorema: Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per bet kurį uždarą paviršių yra lygus nuliui.

Ši teorema matematinė išraiška to fakto, kad gamtoje nėra magnetinių krūvių, ant kurių prasideda ar baigiasi magnetinės indukcijos linijos.

Biot-Savart-Laplace dėsnis ir jo taikymas skaičiuojant magnetinius laukus.

Įvairių formų nuolatinių srovių magnetinį lauką išsamiai ištyrė kun. mokslininkai Biotas ir Savardas. Jie nustatė, kad visais atvejais magnetinė indukcija savavališkame taške yra proporcinga srovės stiprumui ir priklauso nuo laidininko formos, dydžio, šio taško vietos laidininko atžvilgiu ir nuo aplinkos.

Šių eksperimentų rezultatus apibendrino kun. matematikas Laplasas, kuris atsižvelgė į vektorinę magnetinės indukcijos prigimtį ir iškėlė hipotezę, kad indukcija kiekviename taške pagal superpozicijos principą yra elementariųjų magnetinių laukų, sukurtų kiekvienos šio laidininko atkarpos, indukcijų vektorinė suma.

Laplasas 1820 m. suformulavo dėsnį, kuris buvo vadinamas Bioto-Savarto-Laplaso dėsniu: kiekvienas srovės laidininko elementas sukuria magnetinį lauką, kurio indukcijos vektorius kokiame nors savavališkame taške K nustatomas pagal formulę:

- Bioto-Savarto-Laplaso įstatymas.

Iš Biot-Sauvar-Laplace dėsnio išplaukia, kad vektoriaus kryptis sutampa su vektoriaus sandaugos kryptimi. Tą pačią kryptį suteikia dešiniojo varžto taisyklė.

Atsižvelgiant į tai,

Laidininko elementas, nukreiptas kartu su srove;

Spindulio vektorius, jungiantis su tašku K;

Biot-Savarto-Laplaso dėsnis turi praktinę reikšmę, nes leidžia tam tikrame erdvės taške rasti srovės, tekančios per baigtinių matmenų ir savavališkos formos laidininką, magnetinio lauko indukciją.

Savavališkos formos srovei toks skaičiavimas yra sudėtinga matematinė problema. Tačiau jei srovės pasiskirstymas turi tam tikrą simetriją, tai superpozicijos principo taikymas kartu su Biot-Savart-Laplace dėsniu leidžia palyginti paprastai apskaičiuoti specifinius magnetinius laukus.

Pažvelkime į keletą pavyzdžių.

A. Tiesiojo laidininko, nešančio srovę, magnetinis laukas.

riboto ilgio laidininkui:

begalinio ilgio laidininkui:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetinis laukas apskritimo srovės centre:

=90 0, nuodėmė=1,

1820 m. Oerstedas eksperimentiškai atrado, kad cirkuliacija uždaroje grandinėje, supančia makrosrovių sistemą, yra proporcinga šių srovių algebrinei sumai. Proporcingumo koeficientas priklauso nuo vienetų sistemos pasirinkimo ir SI lygus 1.

C
Vektoriaus cirkuliacija vadinama uždarojo ciklo integralu.

Ši formulė vadinama cirkuliacijos teorema arba visuminės srovės dėsnis:

Magnetinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija išilgai savavališkos uždaros grandinės yra lygi makrosrovių (arba bendros srovės), kurią apima ši grandinė, algebrinei sumai. jo charakteristikos Sroves ir nuolatinius magnetus supančioje erdvėje atsiranda jėga lauke, paskambino magnetinis. Prieinamumas magnetinis laukai yra atskleista...

Apie tikrąją elektromagneto struktūrą laukai Ir jo charakteristikos sklidimas plokščių bangų pavidalu.

Straipsnis >> Fizika

APIE TIKRĄJĄ ELEKTROMAGNETINĖS STRUKTŪRĄ LAUKAI IR JO CHARAKTERISTIKOS PLOKŠTUVŲ BANGŲ FORMA... kiti singlo komponentai laukai: elektromagnetinis lauke su vektoriniais komponentais ir elektriniais lauke su komponentais ir magnetinis lauke su komponentais...

Magnetinis lauke, grandinės ir indukcija

Santrauka >> Fizika

... laukai). Pagrindinis charakteristika magnetinis laukai yra jo jėga, kurią lemia vektorius magnetinis indukcija (indukcijos vektorius magnetinis laukai). SI magnetinis... turintis magnetinis momentas. Magnetinis lauke Ir jo Parametrų kryptis magnetinis linijos ir...

Magnetinis lauke (2)

Santrauka >> Fizika

Laidininko AB atkarpa su srove į magnetinis lauke statmenai jo magnetinis linijos. Kai parodyta paveiksle... reikšmė priklauso tik nuo magnetinis laukai ir gali tarnauti jo kiekybinis charakteristika. Ši vertė priimta...

Magnetinis medžiagos (2)

Santrauka >> Ekonomika

Medžiagos, kurios liečiasi su magnetinis lauke, išreikštas jo kaita, kaip ir kitose... ir nustojus veikti magnetinis laukai.1. Pagrindinis charakteristikos magnetinis medžiagos Magnetinės medžiagų savybės apibūdinamos...

Tema: Magnetinis laukas

Parengė: Baygaraševas D.M.

Patikrintas: Gabdullina A.T.

Magnetinis laukas

Jei du lygiagretūs laidininkai yra prijungti prie srovės šaltinio taip, kad per juos praeina elektros srovė, tai, priklausomai nuo srovės krypties juose, laidininkai arba atstumia, arba traukia.

Šio reiškinio paaiškinimas yra įmanomas iš ypatingos rūšies medžiagos atsiradimo aplink laidininkus - magnetinio lauko.

Jėgos, su kuriomis sąveikauja srovės laidininkai, vadinamos magnetinis.

Magnetinis laukas- Tai ypatinga rūšis materija, kurios specifinis bruožas yra poveikis judančiam elektros krūviui, srovę nešantiems laidininkams, magnetinio momento kūnams, kurių jėga priklauso nuo krūvio greičio vektoriaus, srovės krypties laidininke ir srovės krypties. kūno magnetinis momentas.

Magnetizmo istorija siekia senovės laikus, senąsias Mažosios Azijos civilizacijas. Būtent Mažosios Azijos teritorijoje, Magnezijoje, buvo rastos uolienos, kurių pavyzdžiai traukė vienas kitą. Remiantis vietovės pavadinimu, tokie pavyzdžiai buvo pradėti vadinti „magnetais“. Bet koks strypo ar pasagos formos magnetas turi du galus, vadinamus poliais; Būtent šioje vietoje jo magnetinės savybės yra ryškiausios. Jei pakabinsite magnetą ant stygos, vienas polius visada bus nukreiptas į šiaurę. Kompasas yra pagrįstas šiuo principu. Į šiaurę nukreiptas laisvai kabančio magneto polius vadinamas magneto šiauriniu poliumi (N). Priešingas ašigalis vadinamas pietų ašigaliu (S).

Magnetiniai poliai sąveikauja vienas su kitu: kaip poliai atstumia, o skirtingai nei poliai traukia. Panašiai kaip elektrinio lauko, supančio elektros krūvį, samprata, įvedama magnetinio lauko aplink magnetą sąvoka.

1820 m. Oerstedas (1777-1851) atrado, kad magnetinė adata, esanti šalia elektros laidininko, nukreipiama, kai srovė teka per laidininką, t.y. aplink srovę nešantį laidininką sukuriamas magnetinis laukas. Jei imsime rėmą su srove, tai išorinis magnetinis laukas sąveikauja su rėmo magnetiniu lauku ir turi jam orientacinį poveikį, t. y. yra rėmo padėtis, kurioje išorinis magnetinis laukas turi maksimalų sukimosi poveikį. , ir yra padėtis, kai sukimo momento jėga lygi nuliui.

Magnetinį lauką bet kuriame taške galima apibūdinti vektoriumi B, kuris vadinamas magnetinės indukcijos vektorius arba magnetinė indukcija taške.

Magnetinė indukcija B yra vektorius fizinis kiekis, kuri yra magnetinio lauko stiprumo charakteristika taške. Jis lygus didžiausių mechaninių jėgų, veikiančių rėmą, kai srovė yra viename lauke, ir srovės stiprumo rėme ir jo ploto sandaugai:

Magnetinės indukcijos vektoriaus B kryptis laikoma rėmo teigiamos normaliosios krypties kryptimi, kuri yra susijusi su srove rėmelyje pagal dešiniojo varžto taisyklę, kai mechaninis sukimo momentas yra lygus nuliui.

Taip pat, kaip buvo pavaizduotos elektrinio lauko stiprumo linijos, vaizduojamos magnetinio lauko indukcijos linijos. Magnetinio lauko linija yra įsivaizduojama linija, kurios liestinė taške sutampa su kryptimi B.

Magnetinio lauko kryptys tam tikrame taške taip pat gali būti apibrėžtos kaip kryptis, kuri nurodo

kompaso rodyklės šiaurinis ašigalis, esantis šioje vietoje. Manoma, kad magnetinio lauko linijos nukreiptos iš šiaurinio ašigalio į pietus.

Tiesiąja laidininke tekančia elektros srove sukuriamo magnetinio lauko magnetinės indukcijos linijų kryptis nustatoma pagal sraigto arba dešiniojo sraigto taisyklę. Magnetinės indukcijos linijų kryptis imama varžto galvutės sukimosi kryptimi, kuri užtikrintų jos transliacinį judėjimą elektros srovės kryptimi (59 pav.).

kur n01 = 4 Pi 10 -7 V s/(A m). - magnetinė konstanta, R - atstumas, I - srovės stipris laidininke.

Skirtingai nuo elektrostatinio lauko linijų, kurios prasideda teigiamu ir baigiasi neigiamu krūviu, magnetinio lauko linijos visada yra uždaros. Magnetinio krūvio, panašaus į elektros krūvį, neaptikta.

Viena tesla (1 T) imama kaip indukcijos vienetas - tokio vienodo magnetinio lauko indukcija, kurioje 1 m2 ploto rėmą veikia maksimalus 1 Nm mechaninis sukimo momentas, per kurį srovė Teka 1 A.

Magnetinio lauko indukciją taip pat galima nustatyti pagal jėgą, veikiančią srovę nešantį laidininką magnetiniame lauke.

Srovę nešantį laidininką, esantį magnetiniame lauke, veikia Ampero jėga, kurios dydis nustatomas pagal šią išraišką:

kur aš yra srovės stiprumas laidininke, l - laidininko ilgis, B yra magnetinės indukcijos vektoriaus dydis ir kampas tarp vektoriaus ir srovės krypties.

Ampero jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę: dedame kairės rankos delną taip, kad magnetinės indukcijos linijos patektų į delną, keturis pirštus dedame srovės kryptimi laidininke, tada sulenktas nykštys rodo Ampero jėgos kryptį.

Atsižvelgdami į tai, kad I = q 0 nSv, ir pakeitę šią išraišką į (3.21), gauname F = q 0 nSh/B sin a. Dalelių (N) skaičius tam tikrame laidininko tūryje yra N = nSl, tada F = q 0 NvB sin a.

Nustatykime jėgą, kurią magnetinis laukas veikia atskirą įkrautą dalelę, judančią magnetiniame lauke:

Ši jėga vadinama Lorenco jėga (1853-1928). Lorenco jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę: dedame kairės rankos delną taip, kad magnetinės indukcijos linijos patektų į delną, keturi pirštai rodo teigiamo krūvio judėjimo kryptį, didžioji. sulenktas pirštas rodo Lorenco jėgos kryptį.

Sąveikos jėga tarp dviejų lygiagrečių laidininkų, turinčių sroves I 1 ir I 2, yra lygi:

Kur l - laidininko dalis, esanti magnetiniame lauke. Jeigu srovės tos pačios krypties, tai laidininkai traukia (60 pav.), jei priešingos krypties – atstumia. Jėgos, veikiančios kiekvieną laidininką, yra vienodo dydžio ir priešingos krypties. Formulė (3.22) yra pagrindas 1 ampero (1 A) srovės vienetui nustatyti.

Medžiagos magnetinėms savybėms būdingas skaliarinis fizikinis dydis – magnetinis pralaidumas, kuris parodo, kiek kartų magnetinio lauko indukcija B medžiagoje, kuri visiškai užpildo lauką, skiriasi dydžiu nuo magnetinio lauko indukcijos B 0 vakuumas:

Pagal magnetines savybes visos medžiagos skirstomos į diamagnetinis, paramagnetinis Ir feromagnetinis.

Panagrinėkime medžiagų magnetinių savybių prigimtį.

Medžiagos atomų apvalkale esantys elektronai juda skirtingomis orbitomis. Norėdami supaprastinti, manome, kad šios orbitos yra apskritos, o kiekvienas elektronas, skriejantis aplink atomo branduolį, gali būti laikomas apskrita elektros srove. Kiekvienas elektronas, kaip žiedinė srovė, sukuria magnetinį lauką, kurį vadiname orbitiniu. Be to, elektronas atome turi savo magnetinį lauką, vadinamą sukimosi lauku.

Jei įvedant į išorinį magnetinį lauką su indukcija B 0, medžiagos viduje susidaro indukcija B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

IN diamagnetinis Medžiagose, nesant išorinio magnetinio lauko, elektronų magnetiniai laukai yra kompensuojami, o juos įvedus į magnetinį lauką, atomo magnetinio lauko indukcija tampa nukreipta prieš išorinį lauką. Diamagnetinė medžiaga išstumiama iš išorinio magnetinio lauko.

U paramagnetinis medžiagų, magnetinė elektronų indukcija atomuose nėra visiškai kompensuota, o atomas kaip visuma pasirodo kaip mažas nuolatinis magnetas. Paprastai medžiagoje visi šie maži magnetai yra orientuoti atsitiktinai, o bendra visų jų laukų magnetinė indukcija yra lygi nuliui. Jei įdėsite paramagnetą į išorinį magnetinį lauką, tada visi maži magnetai - atomai išoriniame magnetiniame lauke pasisuks kaip kompaso adatos, o medžiagos magnetinis laukas padidės ( n >= 1).

Feromagnetinis yra tos medžiagos, kuriose n" 1. Feromagnetinėse medžiagose sukuriami vadinamieji domenai, makroskopinės spontaninio įmagnetinimo sritys.

Skirtingose ​​srityse magnetinio lauko indukcijos turi skirtingas kryptis (61 pav.) ir dideliame kristale

abipusiai kompensuoja vienas kitą. Kai feromagnetinis mėginys įvedamas į išorinį magnetinį lauką, atskirų domenų ribos pasislenka taip, kad padidėtų išilgai išorinio lauko orientuotų domenų tūris.

Didėjant išorinio lauko B 0 indukcijai, didėja įmagnetintos medžiagos magnetinė indukcija. Esant kai kurioms B 0 reikšmėms, indukcija sustoja staigus padidėjimas. Šis reiškinys vadinamas magnetiniu prisotinimu.

Būdingas feromagnetinių medžiagų bruožas yra histerezės reiškinys, kurį sudaro dviprasmiška medžiagoje esančios indukcijos priklausomybė nuo išorinio magnetinio lauko indukcijos, kai ji keičiasi.

Magnetinė histerezės kilpa yra uždara kreivė (cdc`d`c), išreiškianti medžiagoje esančios indukcijos priklausomybę nuo išorinio lauko indukcijos amplitudės, periodiškai kintant gana lėtam pastarajam (62 pav.).

Histerezės kilpa apibūdinama šiomis reikšmėmis: B s, Br, B c. B s - maksimali medžiagos indukcijos vertė esant B 0s; R yra liekamoji indukcija, lygi indukcijos vertei medžiagoje, kai išorinio magnetinio lauko indukcija sumažėja nuo B 0s iki nulio; -B c ir B c - priverstinė jėga - vertė lygi išorinio magnetinio lauko indukcijai, reikalingai indukcijai medžiagoje pakeisti iš liekamosios į nulį.

Kiekvienam feromagnetui yra nustatyta temperatūra (Curie taškas (J. Curie, 1859-1906), kurią viršijus feromagnetas praranda savo feromagnetines savybes.

Yra du būdai, kaip įmagnetintą feromagnetą perkelti į išmagnetintą būseną: a) šildyti virš Curie taško ir atvėsinti; b) įmagnetinti medžiagą kintamu magnetiniu lauku, kurio amplitudė lėtai mažėja.

Feromagnetai, turintys mažą likutinę indukciją ir koercinę jėgą, vadinami minkštaisiais magnetais. Jie pritaikomi įrenginiuose, kuriuose feromagnetai dažnai turi būti pakartotinai įmagnetinami (transformatorių, generatorių šerdys ir kt.).

Nuolatiniams magnetams gaminti naudojami magnetiškai kieti feromagnetai, turintys didelę koercinę jėgą.